معلومة

1.1: المقدمة والأهداف - علم الأحياء

1.1: المقدمة والأهداف - 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.

دورة في علم الأحياء الحسابي

تهدف ملاحظات المحاضرة هذه إلى أن يتم تدريسها كمقرر دراسي في علم الأحياء الحسابي ، كل محاضرة مدتها 1.5 ساعة تغطي فصلًا واحدًا ، إلى جانب واجبات منزلية نصف أسبوعية وجلسات توجيه لمساعدة الطلاب على إنجاز مشاريعهم البحثية المستقلة. نشأت الملاحظات من دورة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا 6.047 / 6.878 ، وتعكس عن كثب بنية المحاضرات المقابلة.

ازدواجية الأهداف: أسس وحدود

هناك هدفان لهذه الدورة. الهدف الأول هو تعريفك بأسس مجال علم الأحياء الحسابي. على وجه التحديد ، تقديم المشاكل البيولوجية الأساسية في المجال ، وتعلم تقنيات التعلم الآلي والخوارزمية اللازمة لمعالجتها. يتجاوز هذا مجرد تعلم كيفية استخدام البرامج والأدوات عبر الإنترنت الشائعة في أي عام. بدلاً من ذلك ، الهدف هو أن تفهم المبادئ الأساسية للتقنيات الأكثر نجاحًا المستخدمة حاليًا ، وتزويدك بالقدرة على تصميم وتنفيذ الجيل التالي من الأدوات. هذا هو سبب تعيين فئة الخوارزميات التمهيدية كمطلب مسبق ؛ أفضل طريقة لاكتساب فهم أعمق للخوارزميات المقدمة هي تنفيذها بنفسك.

الهدف الثاني من الدورة هو معالجة حدود البحث في علم الأحياء الحسابي ، وهذا ما تدور حوله جميع الموضوعات المتقدمة والواجبات العملية. نود في الواقع أن نقدم لك لمحة عن كيفية عمل البحث ، ونعرض لك اتجاهات البحث الحالية ، ونوجهك للعثور على المشكلات الأكثر إثارة للاهتمام بالنسبة لك ، ونساعدك على أن تصبح ممارسًا نشطًا في هذا المجال. يتم تحقيق ذلك من خلال محاضرات الضيوف ، ومجموعات المشكلات ، والمختبرات ، والأهم من ذلك مشروع بحث مستقل طويل المدى ، حيث تجري أبحاثك المستقلة.

تتبع وحدات الدورة هذا النمط ، ويتكون كل منها من محاضرات تغطي أسس كل موضوع وحدوده. تقدم محاضرات التأسيس المشاكل الكلاسيكية في المجال. هذه المشاكل مفهومة جيدًا وقد تم بالفعل العثور على حلول أنيقة ؛ حتى أن البعض قد تم تدريسه لأكثر من عقد من الزمان. يغطي جزء الحدود من الوحدة الموضوعات المتقدمة ، عادةً عن طريق معالجة الأسئلة المركزية التي لا تزال مفتوحة في المجال. تتضمن هذه الفصول في كثير من الأحيان محاضرات ضيف من قبل بعض الرواد في كل منطقة يتحدثون عن الحالة العامة للمجال بالإضافة إلى أبحاث المختبر الخاصة بهم.

تتبع مهام الدورة نفس نمط الأساس / الحدود. نصف التعيينات ستكون حول العمل بالأساليب بالقلم الرصاص على الورق ، والتعمق في مفاهيم الخوارزمية والتعلم الآلي للمشكلات. النصف الآخر سيكون في الواقع أسئلة عملية تتكون من مهام البرمجة ، حيث يتم توفير مجموعات البيانات الحقيقية. ستقوم بتحليل هذه البيانات باستخدام التقنيات التي تعلمتها وتفسير نتائجك ، مما يمنحك خبرة عملية حقيقية. تتراكم المهام حتى المشروع النهائي ، حيث ستقترح مشروعًا بحثيًا أصليًا وتنفيذه ، وتقدم نتائجك في شكل مؤتمر. بشكل عام ، تم تصميم المهام لمنحك الفرصة لتطبيق طرق البيولوجيا الحسابية على مشاكل حقيقية في علم الأحياء.

ازدواجية التخصصات: الحساب وعلم الأحياء

بالإضافة إلى استهداف كل من الأسس والحدود ، فإن الازدواجية المهمة الأخرى في هذا المقرر هي بين الحساب وعلم الأحياء.

من المنظور البيولوجي للدورة ، نهدف إلى تدريس الموضوعات الأساسية لفهمنا لعلم الأحياء والطب وصحة الإنسان. لذلك نتجنب أي مشاكل حسابية مثيرة للاهتمام مستوحاة من الناحية البيولوجية ، ولكنها غير ذات صلة بالبيولوجيا. لن نرى شيئًا ما في علم الأحياء فقط ، ونحصل على الإلهام ، ثم ننتقل إلى علوم الكمبيوتر ونفعل الكثير من الأشياء التي لن تهتم بها البيولوجيا أبدًا. بدلاً من ذلك ، هدفنا هو العمل على المشكلات التي يمكن أن تحدث تغييرًا كبيرًا في مجال علم الأحياء. نرغب في نشر أوراق بحثية تهم المجتمع البيولوجي فعليًا ولها تأثير بيولوجي حقيقي. وبالتالي ، فقد وجه هذا الهدف اختيار موضوعات الدورة ، ويركز كل فصل على مشكلة بيولوجية أساسية.

من المنظور الحسابي للدورة التدريبية ، كوننا بعد كل شيء فصلًا لعلوم الكمبيوتر ، فإننا نركز على استكشاف التقنيات والمبادئ العامة التي تعتبر بالتأكيد مهمة في علم الأحياء الحسابي ، ولكن مع ذلك يمكن تطبيقها في أي مجالات أخرى تتطلب تحليل البيانات وتفسيرها. ومن ثم ، إذا كان ما تريده هو الخوض في علم الكونيات ، أو علم الأرصاد الجوية ، أو الجيولوجيا ، أو أي شيء من هذا القبيل ، فإن هذه الفئة تقدم تقنيات حسابية من المحتمل أن تصبح مفيدة عند التعامل مع مجموعات البيانات الواقعية المتعلقة بهذه المجالات.

لماذا علم الأحياء الحسابي؟

lecture1_transcript.html # Motivations

هناك العديد من الأسباب التي أدت إلى ظهور علم الأحياء الحسابي باعتباره تخصصًا مهمًا في السنوات الأخيرة ، وربما يقودك بعضها إلى اختيار هذا الكتاب أو التسجيل في هذا الفصل. على الرغم من أن لدينا رأينا الخاص حول ماهية هذه الأسباب ، فقد سألنا الطلاب عامًا بعد عام عن وجهة نظرهم حول ما مكّن مجال علم الأحياء الحاسوبية من التوسع بسرعة كبيرة في السنوات القليلة الماضية. تندرج ردودهم في عدة مواضيع عامة نلخصها هنا.

  1. ربما يكون السبب الأساسي الذي يجعل المناهج الحسابية مناسبة تمامًا لدراسة البيانات البيولوجية هو أن الأنظمة البيولوجية في جوهرها رقمية بطبيعتها. لنكون صريحين ، البشر ليسوا أول من صنع جهاز كمبيوتر رقمي - أسلافنا هم أول كمبيوتر رقمي ، حيث كانت أشكال الحياة الأولى القائمة على الحمض النووي تقوم بالفعل بتخزين ونسخ ومعالجة المعلومات الرقمية المشفرة بالأحرف A و C و G ، و T. إن الميزة التطورية الرئيسية للوسيط الرقمي لتخزين المعلومات الجينية هي أنه يمكن أن يستمر عبر آلاف الأجيال ، بينما يتم تخفيف الإشارات التناظرية من جيل إلى جيل من الانتشار الكيميائي الأساسي.
  2. إلى جانب الحمض النووي ، هناك العديد من الجوانب الأخرى في علم الأحياء رقمية ، مثل المفاتيح البيولوجية ، والتي تضمن تحقيق حالتين محتملتين فقط من خلال حلقات التغذية الراجعة والعمليات غير المستقرة ، على الرغم من أن هذه يتم تنفيذها من خلال مستويات الجزيئات. تنفذ حلقات التغذية الراجعة الواسعة والدوائر التنظيمية الأخرى قرارات منفصلة من خلال مكونات غير مستقرة بخلاف ذلك ، مرة أخرى مع مبادئ تصميم مماثلة للممارسة الهندسية ، مما يجعل سعينا لفهم الأنظمة البيولوجية من منظور هندسي أكثر ملاءمة.
  3. العلوم التي تستفيد بشكل كبير من معالجة البيانات ، مثل علم الأحياء الحسابي ، تتبع دورة حميدة تتضمن البيانات المتاحة للمعالجة. وكلما زاد ما يمكن القيام به من خلال معالجة وتحليل البيانات المتاحة ، سيتم توجيه المزيد من التمويل لتطوير التقنيات للحصول على المزيد من البيانات ومعالجتها وتحليلها. إن التقنيات الجديدة مثل التسلسل ، والتقنيات التجريبية عالية الإنتاجية مثل المصفوفة الدقيقة ، ومقايسات الخميرة ثنائية الهجين ، ومقايسات رقاقة ChIP تخلق كميات هائلة ومتزايدة من البيانات التي يمكن تحليلها ومعالجتها باستخدام تقنيات حسابية. مشاريع الجينوم التي تبلغ قيمتها 1000 دولار و 100 دولار هي دليل على هذه الدورة. منذ أكثر من عشر سنوات ، عندما بدأت هذه المشاريع ، كان من السخف تخيل معالجة مثل هذه الكميات الهائلة من البيانات. ومع ذلك ، نظرًا لاستنباط المزيد من المزايا المحتملة من معالجة هذه البيانات ، تم تخصيص المزيد من التمويل لتطوير التقنيات التي من شأنها أن تجعل هذه المشاريع مجدية.
  4. تحسنت القدرة على معالجة البيانات بشكل كبير في السنوات الأخيرة ، بسبب: 1) القوة الحاسوبية الهائلة المتاحة اليوم (بسبب قانون مور ، من بين أمور أخرى) ، و 2) التقدم في التقنيات الخوارزمية في متناول اليد.
  5. يمكن استخدام مناهج التحسين لحل المشكلات التي لا يمكن حلها بطريقة أخرى عن طريق التقنيات الحسابية.
  6. تعد اعتبارات وقت التشغيل والذاكرة ضرورية عند التعامل مع مجموعات البيانات الضخمة. قد تكون الخوارزمية التي تعمل جيدًا على جينوم صغير (على سبيل المثال ، بكتيريا) غير فعالة من حيث الوقت أو المساحة بحيث لا يمكن تطبيقها على 1000 جينوم للثدييات. أيضًا ، تزيد الأسئلة التجميعية بشكل كبير من تعقيد الخوارزميات.
  7. يمكن أن تكون مجموعات البيانات البيولوجية صاخبة ، كما أن ترشيح الإشارة من الضوضاء يمثل مشكلة حسابية.
  8. تعد مناهج التعلم الآلي مفيدة لعمل الاستدلالات وتصنيف الميزات البيولوجية والتعرف

    إشارات قوية.

  9. مع تعمق فهمنا للأنظمة البيولوجية ، بدأنا ندرك أن مثل هذه الأنظمة لا يمكن تحليلها بمعزل عن غيرها. لقد أثبتت هذه الأنظمة أنها متشابكة بطرق لم يسمع بها من قبل ، وبدأنا في تحويل تحليلاتنا إلى تقنيات تعتبرها جميعًا ككل.
  10. من الممكن استخدام الأساليب الحسابية لإيجاد الارتباطات بطريقة غير متحيزة ، والتوصل إلى استنتاجات تعمل على تحويل المعرفة البيولوجية وتسهيل التعلم النشط. هذا النهج يسمى الاكتشاف المستند إلى البيانات.
  11. يمكن للدراسات الحسابية أن تتنبأ بالفرضيات والآليات والنظريات لشرح الملاحظات التجريبية. يمكن بعد ذلك اختبار هذه الفرضيات القابلة للدحض بشكل تجريبي.
  12. يمكن استخدام الأساليب الحسابية ليس فقط لتحليل البيانات الموجودة ولكن أيضًا لتحفيز جمع البيانات واقتراح تجارب مفيدة. أيضًا ، يمكن أن تؤدي التصفية الحسابية إلى تضييق مساحة البحث التجريبية للسماح بتصميمات تجريبية أكثر تركيزًا وفعالية.
  13. للبيولوجيا قواعد: التطور مدفوع بقاعدتين بسيطتين: 1) الطفرة العشوائية ، و 2) الاختيار الوحشي. الأنظمة البيولوجية مقيدة بهذه القواعد ، وعند تحليل البيانات ، نتطلع إلى إيجاد وتفسير السلوك الناشئ الذي تولده هذه القواعد.
  14. يمكن دمج مجموعات البيانات باستخدام الأساليب الحسابية ، بحيث يمكن الاستفادة من المعلومات التي تم جمعها عبر تجارب متعددة واستخدام مناهج تجريبية متنوعة في الأسئلة ذات الأهمية.
  15. التصورات الفعالة للبيانات البيولوجية يمكن أن تسهل الاكتشاف.
  16. يمكن استخدام الأساليب الحسابية لمحاكاة ونمذجة البيانات البيولوجية.
  17. يمكن أن تكون الأساليب الحسابية أكثر أخلاقية. على سبيل المثال ، قد يكون إجراء بعض التجارب البيولوجية على موضوعات حية أمرًا غير أخلاقي ولكن يمكن محاكاتها بواسطة الكمبيوتر.
  18. يتم تسهيل مناهج هندسة النظم على نطاق واسع من خلال التقنية الحسابية للحصول على وجهات نظر عالمية في الكائن الحي معقدة للغاية بحيث لا يمكن تحليلها بطريقة أخرى.

البحث عن العناصر الوظيفية: سؤال علم الأحياء الحسابي

lecture1_transcript.html # Codons

تشير العديد من مشاكل البيولوجيا الحسابية إلى إيجاد إشارات بيولوجية في بيانات الحمض النووي (مثل مناطق الترميز ، والمروجين ، والمعززات ، والمنظمين ، ...).

ثم ناقشنا سؤالًا محددًا يمكن استخدام البيولوجيا الحسابية لمعالجته: كيف يمكن للمرء أن يجد العناصر الوظيفية في التسلسل الجيني؟ يوضح الشكل 1.1 جزءًا من تسلسل جينوم الخميرة. بالنظر إلى هذا التسلسل ، يمكننا أن نسأل:

س: ما هي الجينات التي تكوّد البروتينات؟

ج: أثناء الترجمة ، يشير كود البدء إلى أول حمض أميني في البروتين ، ويشير كود الإيقاف إلى نهاية البروتين. ومع ذلك ، كما هو مبين في شريحة "استخراج إشارة من الضوضاء" ، فإن عددًا قليلاً فقط من تسلسلات ATG في الحمض النووي تشير بالفعل إلى بداية الجين الذي سيتم التعبير عنه كبروتين. الآخرون هم "ضوضاء". على سبيل المثال ، ربما كانت جزءًا من introns (تسلسلات غير مشفرة يتم تقسيمها بعد النسخ).

س: كيف يمكننا أن نجد السمات (الجينات ، الأشكال التنظيمية ، والعناصر الوظيفية الأخرى) في التسلسل الجيني؟

ج: يمكن معالجة هذه الأسئلة تجريبياً أو حسابيًا. قد يكون النهج التجريبي للمشكلة هو إنشاء ضربة قاضية ، ومعرفة ما إذا كانت ملاءمة الكائن الحي قد تأثرت أم لا. يمكننا أيضًا معالجة السؤال حسابيًا من خلال معرفة ما إذا كان التسلسل محفوظًا عبر جينومات أنواع متعددة. إذا تم حفظ التسلسل بشكل كبير عبر الزمن التطوري ، فمن المحتمل أن يؤدي وظيفة مهمة.

هناك محاذير لكل من هذه الأساليب. قد لا تكشف إزالة العنصر عن وظيفته - حتى إذا لم يكن هناك اختلاف واضح عن العنصر الأصلي ، فقد يرجع ذلك ببساطة إلى عدم اختبار الظروف الصحيحة. أيضًا ، لا يعني عدم حفظ العنصر أنه لا يعمل. (لاحظ أيضًا أن "العنصر الوظيفي" مصطلح غامض. بالتأكيد ، هناك العديد من أنواع العناصر الوظيفية في الجينوم التي لا تعتبر ترميزًا للبروتين. ومن المثير للاهتمام أن 90-95٪ من الجينوم البشري يتم نسخه (يُستخدم كنموذج لجعل RNA). ليس معروفًا ما هي وظيفة معظم هذه المناطق المنسوخة ، أو ما إذا كانت تعمل بالفعل).


1.1: المقدمة والأهداف - علم الأحياء

  • الكائنات الحية تتكون من خلايا.
  • الخلايا هي أصغر وحدات الحياة.
  • تأتي الخلايا من خلايا موجودة مسبقًا.

1.1.2: الكائنات أحادية الخلية تقوم بجميع وظائف الحياة.

  • وظائف الحياة (السيدة جرين):
  • التمثيل الغذائي - جميع التفاعلات في الخلية
  • الاستجابة - رد فعل للمنبهات
  • حساسية
  • نمو
  • التكاثر
  • إفراز
  • التغذية - الحاجة إلى العناصر الغذائية والقدرة على استخدامها

1.1.3: تحدد مساحة السطح إلى نسبة الحجم حجم الخلية

كلما زاد حجم الخلية ، تقل مساحة سطحها إلى نسبة الحجم. مساحة السطح هي دالة مربعة بينما الحجم هو دالة تكعيبية ، لذا تزداد مساحة السطح بمعدل أبطأ من الحجم.

يتم تحديد معدل انتشار المركبات داخل وخارج الخلية من خلال مساحة سطح الخلية. كلما زادت مساحة السطح ، زاد معدل الانتشار. تحتاج الخلايا إلى تحريك المواد المتفاعلة (مثل الماء والجلوكوز) والمنتجات (مثل ثاني أكسيد الكربون والماء) من أجل حدوث تفاعلات التمثيل الغذائي.

عندما تكون مساحة السطح إلى الحجم إلى النسبة منخفضة (الخلية كبيرة جدًا) ، يستغرق الأمر وقتًا طويلاً حتى تنتقل المواد المتفاعلة والمنتجات من وإلى مواقع التفاعلات الأيضية (مثل الميتوكوندريا). ينتج عن هذا التفاعل وقتًا أطول ، مما يجعل الخلية غير فعالة.

يمكن أن يؤدي انخفاض مساحة السطح إلى نسبة الحجم أيضًا إلى تراكم النفايات ، والتي يمكن أن تكون خطيرة.

لذلك تهدف الخلايا إلى مساحة سطح عالية إلى نسبة حجم ينتج عنها خلايا أصغر.

1.1.4: ذكر أن الكائنات متعددة الخلايا تظهر خصائص ناشئة.

تنشأ الخصائص الناشئة من تفاعل الأجزاء المكونة ، فالكل أكبر من مجموع أجزائه. مثال على خاصية ناشئة هو الحياة. العضيات ليست حية ، لكن الخلايا التي تتكون منها هي.

1.1.5 يمكن أن توجد الأنسجة المتخصصة في الكائنات متعددة الخلايا بسبب التمايز

يتكون النسيج العضلي في جسمك من العديد والعديد من الخلايا المتخصصة التي تعمل معًا لتكوين هذا النسيج العضلي. هذا هو نفسه بالنسبة لجلدك ، والأنسجة الموجودة في الكبد ، والأنسجة التي تبطن معدتك من بين العديد من الأنسجة الأخرى.

1.1.6: التمايز ينطوي على التعبير عن بعض الجينات دون غيرها

جميع الخلايا في جسم الإنسان لها نفس 25.000 - 30.000 جين. ومع ذلك ، يتم التعبير عن بعض هذه الجينات فقط في كل خلية. وهذا ما يسمى التعبير الجيني التفاضلي. من أجل "التعبير" عن الجين ، يجب أن يكون تسلسل قاعدة الحمض النووي الخاص به (من خلال عمليات النسخ والترجمة) رمزًا للبروتين. تعبر الخلايا المتخصصة فقط عن الجينات التي ترمز للبروتينات التي تمكنها من أداء وظيفتها المحددة. على سبيل المثال ، الخلايا التي سوف تتمايز إلى خلايا الدم الحمراء ستعمل على ترميز إنتاج الهيموجلوبين. لكن الخلية التي تتمايز إلى خلية عصبية لا تنتج الهيموجلوبين لأنها لا تحتاج إليه.

يلتف الحمض النووي غير المعبر عنه حول بروتينات تسمى الهستونات. 9 هيستونات وخيط من الحمض النووي يشكلان بنية تسمى الجسيم النووي. النيوكليوسومات ضرورية في التعبير الجيني لأن أجزاء الحمض النووي الملتفة حول الهستونات لا يتم التعبير عنها لأنه يتعذر الوصول إليها. ومع ذلك ، فإن الحمض النووي الذي يتم التعبير عنه يطفو في النواة مثل السباغيتي.

1.1.7: تنقسم الخلايا الجذعية وتتمايز على طول مسارات مختلفة ، هذه الخاصية ضرورية للتطور الجنيني ولجعل الخلايا الجذعية مناسبة للاستخدامات العلاجية

الخلية الجذعية قادرة على الانقسام ولكنها لم تعبر بعد عن جينات للتخصص في وظيفة معينة. في ظل الظروف المناسبة ، يمكن حث الخلايا الجذعية على التعبير عن جينات معينة والتمايز إلى نوع معين من الخلايا. الخلايا الجذعية الجنينية ، الموجودة في المشيمة والحبل السري ، مكتملة النمو ويمكن أن تصبح أي نوع من الخلايا. توجد الخلايا الجذعية متعددة القدرات في الكيسة الأريمية ويمكن أن تتمايز إلى جميع أنواع الخلايا تقريبًا. لدى البالغين بعض الخلايا متعددة القدرات المتخصصة قليلاً بسبب المنطقة التي توجد فيها. الخلايا الجذعية متعددة القدرات الموجودة في البطن تصبح خلايا الكبد وخلايا البنكرياس وغيرها.

اللوكيميا هو سرطان تنقسم فيه الخلايا في نخاع العظم بشكل لا يمكن السيطرة عليه ، مما ينتج عنه الكثير من خلايا الدم البيضاء. لعلاج سرطان الدم ، يتم إعطاء المريض أدوية العلاج الكيميائي لقتل خلايا نخاع العظام لمحاولة القضاء على تلك التي تسبب اللوكيميا. يتم بعد ذلك وضع الخلايا الجذعية في نخاع العظام وتحفيزها على التكاثر في خلايا الدم لتحل محل الخلايا التي تسببت في الإصابة بسرطان الدم في المقام الأول

1.1.8 السؤال عن نظرية الخلية باستخدام أمثلة غير نموذجية

خلية عضلية مخططة ، طحالب عملاقة ، وخيوط فطرية معقمة

تتحدى الخلية العضلية المخططة فكرة أن الخلية لديها نواة واحدة. تحتوي خلايا العضلات على أكثر من نواة واحدة لكل خلية. يمكن أن تكون الخلايا العضلية المسماة بالألياف (300 مم). وهي محاطة بغشاء بلازمي واحد ولكنها متعددة النواة في e d (العديد من النوى).

الطحالب العملاقة هي كائن وحيد الخلية يتحدى فكرة أن الخلايا يجب أن تكون بسيطة في الهيكل وصغيرة الحجم. الطحالب العملاقة عملاقة بحجم (5 - 100 مم). وهي معقدة للغاية ، وتتكون من ثلاثة أجزاء تشريحية

تتحدى الواصلة الفطرية فكرة أن الخلية هي وحدة واحدة. إنها كبيرة جدًا وتحتوي على العديد من النوى ، ولديها سيتوبلازم مستمر بدون جدار خلوي نهائي أو غشاء

1.1.9 تحديد وظائف الحياة في الخلية (الباراميسيوم)

وظائف الحياة هي التمثيل الغذائي والاستجابة والتوازن والنمو والتكاثر والتغذية

1.1.10 استخدام الخلايا الجذعية لعلاج مرض ستارغاردت

مرض ستارغاردت هو مرض تنكسي في العيون. في الأساس ، تتدهور العين بمرور الوقت وتفقد رؤيتك. تم اختبار الخلايا الجذعية على الحيوانات لدعم وتجديد مستقبلات الضوء في العين من أجل مكافحة المرض

1.1.11 الاعتبارات الأخلاقية لأبحاث الخلايا الجذعية

1.1.12 استخدام المجهر الضوئي وحساب التكبير


1.1 مرحبًا بك في الوحدة 1

هذه واحدة من أكثر من 2400 دورة تدريبية في OCW. استكشف المواد الخاصة بهذه الدورة التدريبية في الصفحات المرتبطة على اليسار.

معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا OpenCourseWare هو منشور مجاني ومفتوح لمواد من آلاف دورات معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، يغطي منهج معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بأكمله.

لا تسجيل أو تسجيل. تصفح واستخدام مواد OCW بحرية وفقًا لسرعتك الخاصة. لا يوجد اشتراك ولا تواريخ بدء أو انتهاء.

المعرفة هي مكافأتك. استخدم OCW لتوجيه التعلم مدى الحياة ، أو لتعليم الآخرين. لا نقدم ائتمانًا أو شهادة لاستخدام OCW.

صنع للمشاركة. تنزيل الملفات لوقت لاحق. أرسل إلى الأصدقاء والزملاء. قم بالتعديل وإعادة المزج وإعادة الاستخدام (تذكر فقط ذكر OCW كمصدر.)

حول MIT OpenCourseWare

MIT OpenCourseWare هو منشور عبر الإنترنت لمواد من أكثر من 2500 دورة تدريبية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، وتبادل المعرفة بحرية مع المتعلمين والمعلمين في جميع أنحاء العالم. اعرف المزيد & raquo

& نسخ 2001 & ndash2018
معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا

يخضع استخدامك لموقع MIT OpenCourseWare والمواد الخاصة به إلى ترخيص المشاع الإبداعي الخاص بنا وشروط الاستخدام الأخرى.


1.1: المقدمة والأهداف - علم الأحياء

оличество зарегистрированных تاريخ: 32 سنة.

Участвовать бесплатно

يهدف هذا الفصل إلى الأشخاص المهتمين بفهم العلوم الأساسية لبيولوجيا النبات. في سلسلة المحاضرات الأربع هذه ، سنتعرف أولاً على بنية ووظيفة النباتات والخلايا النباتية. ثم نحاول أن نفهم كيف تنمو النباتات وتتطور ، ونصنع هياكل معقدة مثل الزهور. بمجرد أن نعرف كيف تنمو النباتات وتتطور ، فإننا & # x27ll ثم نتعمق في فهم التمثيل الضوئي - كيف تأخذ النباتات ثاني أكسيد الكربون من الهواء والماء من التربة ، وتحويل هذا إلى أكسجين لنا للتنفس والسكريات لنا لتناول الطعام. في المحاضرة الأخيرة ، نتعرف على العلوم الرائعة والمهمة والمثيرة للجدل وراء الهندسة الوراثية في الزراعة. إذا لم تكن قد & # x27t أخذته بالفعل ، فقد تكون مهتمًا أيضًا بدوري الدراسي الآخر - What A Plant Knows ، والذي يدرس كيف ترى النباتات البيئة المحيطة بها وتشمها وتسمعها وتشعر بها: https://www.coursera.org/learn/ علم النبات. من أجل الحصول على رصيد أكاديمي لهذه الدورة ، يجب أن تجتاز الاختبار الأكاديمي بنجاح في الحرم الجامعي. للحصول على معلومات حول كيفية التسجيل للامتحان الأكاديمي - https://tauonline.tau.ac.il/registration بالإضافة إلى ذلك ، يمكنك التقدم إلى درجات معينة باستخدام الدرجات التي تلقيتها في الدورات. اقرأ المزيد عن هذا هنا - https://go.tau.ac.il/ba/mooc-acceptance المدرسون المهتمون بتدريس هذه الدورة في غرفهم الصفية مدعوون لاستكشاف برنامج المدرسة الثانوية الأكاديمية هنا - https: // tauonline. tau.ac.il/online-highschool

Получаемые навыки

بيولوجيا النبات ، علم الأحياء ، علم الوراثة ، النبات

Рецензии

تقوم الدورة بعمل جيد للغاية لتوفير المحتوى المخطط له. ومع ذلك ، إذا كنت قد درست المجال بالفعل وترغب في الحصول على فهم أعمق مثلما أفعل ، فأنت بحاجة إلى البحث عن دورات أخرى.

دورة ممتعة وغنية بالمعلومات. يمثل تحديًا قليلاً في بعض الأحيان لأولئك منا الذين ليس لديهم خلفية في علم الأحياء ، ولكنه مقدم جيدًا وموضح بعناية. تجربة إيجابية للغاية.


1.1: المقدمة والأهداف - علم الأحياء

الكيمياء العضوية هي دراسة كيمياء مركبات الكربون. يتم تمييز الكربون لأنه يحتوي على تنوع كيميائي لا مثيل له من قبل أي عنصر كيميائي آخر. يعتمد تنوعها على ما يلي:

  • ترتبط ذرات الكربون بقوة معقولة مع ذرات الكربون الأخرى.
  • ترتبط ذرات الكربون بقوة معقولة بذرات العناصر الأخرى.
  • تشكل ذرات الكربون عددًا كبيرًا من الروابط التساهمية (أربعة).

من الغريب أن الكربون الأولي ليس وفيرًا بشكل خاص. حتى أنه لا يظهر في قائمة العناصر الأكثر شيوعًا في قشرة الأرض. ومع ذلك ، فإن جميع الكائنات الحية تتكون من مركبات عضوية.

معظم المواد الكيميائية العضوية عبارة عن مركبات تساهمية ، ولهذا نقدم هنا الكيمياء العضوية. وفقًا للاتفاقية ، لا تعتبر المركبات التي تحتوي على أيونات الكربونات وأيونات البيكربونات ، وكذلك ثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون ، جزءًا من الكيمياء العضوية ، على الرغم من احتوائها على الكربون.

أبسط المركبات العضوية هي الهيدروكربونات ، وهي مركبات تتكون من ذرات الكربون والهيدروجين فقط. تحتوي بعض الهيدروكربونات على روابط مفردة فقط وتظهر كسلسلة (يمكن أن تكون سلسلة مستقيمة أو يمكن أن يكون لها فروع) من ذرات الكربون المرتبطة أيضًا بذرات الهيدروجين. تسمى هذه الهيدروكربونات الألكانات (الهيدروكربونات المشبعة). كل ألكان له اسم نظامي مميز يعتمد على عدد ذرات الكربون في الجزيء. تتكون هذه الأسماء من جذع يشير إلى عدد ذرات الكربون في السلسلة بالإضافة إلى النهاية & # 8211ان. الجذع ميث& # 8211 تعني ذرة كربون واحدة ، لذا فإن الميثان عبارة عن ألكان مع ذرة كربون واحدة. وبالمثل ، فإن الجذع eth& # 8211 تعني ذرتين من الكربون. الإيثان هو ألكان مع ذرتين من الكربون. استمرار ، الجذع دعم& # 8211 تعني ثلاث ذرات كربون ، لذا فإن البروبان عبارة عن ألكان بثلاث ذرات كربون. الشكل 1.1. & # 8220 الصيغ والنماذج الجزيئية لأبسط الألكانات الثلاثة & # 8221 يعطي الصيغ والنماذج الجزيئية لأبسط الألكانات الثلاثة. (لمزيد من المعلومات حول الألكانات ، راجع القسم 3.3.)

الشكل 1.1. الصيغ والنماذج الجزيئية لأبسط ثلاثة ألكانات

أصغر ثلاثة ألكانات هي الميثان والإيثان والبروبان.

تحتوي بعض الهيدروكربونات على واحد أو أكثر من الروابط المزدوجة بين الكربون والكربون (يُشار إليها بـ C = C). تسمى هذه الهيدروكربونات الألكينات (انظر القسم 3.2. لمزيد من المعلومات) لاحظ أن أسماء الألكينات لها نفس جذع الألكان مع نفس عدد ذرات الكربون في سلسلتها ولكن لها النهاية & # 8211إن. وبالتالي ، فإن الإيثين عبارة عن ألكين به ذرتان كربون لكل جزيء ، والبروبين مركب به ثلاث ذرات كربون ورابطة مزدوجة واحدة.

الشكل 1.2. الصيغ والنماذج الجزيئية لأبسط ألكينين

يُطلق على الإيثين عادةً اسم الإيثيلين ، بينما يُطلق على البروبين اسم البروبيلين.

الألكينات عبارة عن هيدروكربونات ذات رابطة ثلاثية كربون-كربون (يُشار إليها بـ C≡C) كجزء من هيكلها الكربوني (انظر القسم 3.2 لمزيد من المعلومات). أسماء الألكينات لها نفس السيقان مثل الألكانات ولكن مع النهاية & # 8211يني.

الشكل 1.3. الصيغ والنماذج الجزيئية لأبسط ألكين

يسمى Ethyne أكثر شيوعًا الأسيتيلين.

لصحتك: الدهون المشبعة وغير المشبعة

الهيدروكربونات ليست المركبات الوحيدة التي يمكن أن تحتوي على روابط ثنائية بين الكربون والكربون. يمكن أن تحتوي عليها أيضًا مجموعة من المركبات تسمى الدهون ، كما أن وجودها أو غيابها في النظام الغذائي للإنسان أصبح مرتبطًا بشكل متزايد بالقضايا الصحية.

الدهون هي مزيج من المركبات العضوية طويلة السلسلة (الأحماض الدهنية) والجلسرين (سي3ح8ا3). يمكن أن تحتوي سلاسل الكربون الطويلة على جميع الروابط الفردية ، وفي هذه الحالة يتم تصنيف الدهون على أنها مشبع، أو واحد أو أكثر من الروابط المزدوجة ، وفي هذه الحالة يكون أحادي غير مشبع أو أ المشبعة المتعددة الدهون ، على التوالي. عادةً ما تكون الدهون المشبعة صلبة في درجة حرارة الغرفة ، ومن الأمثلة على ذلك دهن البقر (الشحم). من المحتمل أن تكون الدهون الأحادية أو المتعددة غير المشبعة سوائل في درجة حرارة الغرفة وغالبًا ما تسمى بالزيوت. زيت الزيتون وزيت بذور الكتان والعديد من زيوت الأسماك هي دهون أحادية أو متعددة غير مشبعة.

ربطت بعض الدراسات بين الكميات المرتفعة من الدهون المشبعة في النظام الغذائي للناس وبين احتمالية أكبر للإصابة بأمراض القلب وارتفاع نسبة الكوليسترول في الدم وأمراض أخرى مرتبطة بالنظام الغذائي. في المقابل ، تم ربط الزيادات في الدهون غير المشبعة (سواء الأحادية أو المتعددة غير المشبعة) بانخفاض معدل الإصابة بأمراض معينة. وعليه فقد صدرت توصيات من الجهات الحكومية والجمعيات الصحية لتقليل نسبة الدهون المشبعة وزيادة نسبة الدهون غير المشبعة في النظام الغذائي. توصي معظم هذه المنظمات أيضًا بتقليل الكمية الإجمالية للدهون في النظام الغذائي. يمكن أن يكون لفرق بسيط مثل الفرق بين رابطة أحادية ومزدوجة بين الكربون والكربون تأثير كبير على الصحة.

الروابط الكربونية والكربون المزدوجة والثلاثية هي أمثلة على المجموعات الوظيفية في الكيمياء العضوية. المجموعة الوظيفية هي ترتيب هيكلي محدد للذرات أو الروابط التي تضفي تفاعلًا كيميائيًا مميزًا على الجزيء. لا تحتوي الألكانات على مجموعة وظيفية ، وهي في الغالب خاملة (غير تفاعلية). تعتبر الرابطة المزدوجة بين الكربون والكربون مجموعة وظيفية لأن الروابط المزدوجة بين الكربون والكربون تتفاعل كيميائيًا بطرق معينة تختلف عن تفاعلات الألكانات (على سبيل المثال ، في ظل ظروف معينة ، تتفاعل الألكينات مع الماء) كما تخضع الرابطة الثلاثية للكربون والكربون لبعض تفاعلات كيميائية محددة. في الجزء المتبقي من هذا القسم ، نقدم مجموعتين وظيفيتين مشتركتين أخريين.

إذا تم استبدال مجموعة OH (تسمى أيضًا مجموعة الهيدروكسيل) بذرة هيدروجين في جزيء هيدروكربون ، يكون المركب عبارة عن كحول. يتم تسمية الكحولات باستخدام اسم الهيدروكربون الأصلي ولكن مع الاسم النهائي & # 8211ه انخفض واللاحقة & # 8211رأ تعلق. أبسط نوعين من الكحوليات هما الميثانول والإيثانول (انظر الشكل 1.4).

الشكل 1.4. أبسط مركبين من الكحول العضوي

تحتوي الكحولات على مجموعة OH الوظيفية في الجزيء. الإيثانول (ويسمى أيضًا الكحول الإيثيلي) هو الكحول الموجود في المشروبات الكحولية. تشمل الكحولات الأخرى الميثانول (أو كحول الميثيل) ، الذي يستخدم كمذيب ومنظف ، و 2-بروبانول (يُسمى أيضًا كحول الأيزوبروبيل أو كحول الفرك) ، والذي يستخدم كمطهر طبي. لا ينبغي تناول أي من الميثانول أو كحول الأيزوبروبيل ، حيث أنهما سامان حتى بكميات صغيرة. يعتبر الكوليسترول مثالاً على كحول أكثر تعقيدًا.

عائلة أخرى مهمة من المركبات العضوية لها مجموعة كربوكسيل ، حيث يتم ربط ذرة الكربون بذرة أكسجين ومجموعة OH. تسمى المركبات ذات المجموعة الوظيفية الكربوكسيلية بالأحماض الكربوكسيلية وتنتهي أسماؤها بـ & # 8211حمض الاويك. يظهر أبسط نوعين من الأحماض الكربوكسيلية في الشكل 1.5. ربما تكون أكثر شهرة من خلال الأسماء الشائعة لحمض الفورميك (الموجود في وخز النمل) وحمض الخليك (الموجود في الخل). تتم كتابة مجموعة الكربوكسيل أحيانًا في جزيئات مثل COOH.

الشكل 1.5. أصغر نوعين من الأحماض العضوية

العديد من المركبات العضوية أكثر تعقيدًا بكثير من الأمثلة الموصوفة هنا. تحتوي العديد من المركبات على أكثر من مجموعة وظيفية واحدة. يمكن أن تكون الأسماء الرسمية معقدة للغاية. في القسم 1.6. سوف ندرس المجموعات الوظيفية بمزيد من التفصيل ، وسنتعرف على نظام التسمية (التسمية) للهيدروكربونات في الفصل 3.

مثال 1

حدد المجموعة (المجموعات) الوظيفية في كل جزيء كرابطة مزدوجة أو رابطة ثلاثية أو كحول أو كربوكسيل.

  1. يحتوي هذا الجزيء على مجموعة كحولية وظيفية.
  2. يحتوي هذا الجزيء على رابطة مزدوجة ومجموعة وظيفية كربوكسيل.
  3. يحتوي هذا الجزيء على مجموعة كحولية وظيفية.
  4. يحتوي هذا الجزيء على رابطة مزدوجة ومجموعة وظيفية كربوكسيل.

تمرين بناء المهارات

حدد المجموعة (المجموعات) الوظيفية في كل جزيء كرابطة مزدوجة أو رابطة ثلاثية أو كحول أو كربوكسيل.

تمارين مراجعة المفاهيم

ما هي الكيمياء العضوية؟

ما هي المجموعة الوظيفية؟ أعط مثالين على الأقل للمجموعات الوظيفية.

الإجابات

الكيمياء العضوية هي دراسة كيمياء مركبات الكربون.

المجموعة الوظيفية عبارة عن ترتيب هيكلي محدد للذرات أو الروابط التي تضفي تفاعلًا كيميائيًا مميزًا على مجموعة كحول الجزيء ومجموعة الكربوكسيل (ستختلف الإجابات).

الماخذ الرئيسية

  • الكيمياء العضوية هي دراسة كيمياء مركبات الكربون.
  • يمكن تصنيف الجزيئات العضوية وفقًا لأنواع العناصر والروابط في الجزيئات.

تمارين

أعط ثلاثة أسباب تجعل الكربون هو العنصر المركزي في الكيمياء العضوية.

هل تعتمد المركبات العضوية على الترابط الأيوني أو الترابط التساهمي؟ يشرح.

حدد نوع الهيدروكربون في كل هيكل.

حدد نوع الهيدروكربون في كل هيكل.

حدد المجموعة (المجموعات) الوظيفية في كل جزيء.

حدد المجموعة (المجموعات) الوظيفية في كل جزيء.

كم عدد المجموعات الوظيفية الموصوفة في هذا القسم تحتوي على ذرات الكربون والهيدروجين فقط؟ سميهم.

ما الفرق في الطرق التي ترتبط بها ذرتا الأكسجين في مجموعة الكربوكسيل بذرة الكربون؟

الإجابات

ترتبط ذرات الكربون بقوة معقولة مع ذرات الكربون الأخرى. ترتبط ذرات الكربون بقوة معقولة بذرات العناصر الأخرى. تشكل ذرات الكربون عددًا كبيرًا من الروابط التساهمية (أربعة).


جعل الملاحظات مرئية: أربعة مستويات في العمل

تنسيق محدث على طريقة التعليقات التي بدأت في استخدامها منذ خمس سنوات. يوفر الوقت ، ويضع الطلاب في موقع المسؤولية. جربها!

قبل خمس سنوات ، بدأت في الاهتمام بالفرق بين التصحيح والتغذية الراجعة. ما الذي كان يُحدث فرقًا في تعلم طلابي وهل الجهد الذي كنت أبذله في وضع العلامات التفصيلية يستحق العناء من حيث تحسينهم؟ في القراءة التعلم المرئي لـ Hattie للمعلمين ، والتقييم التكويني المضمن لـ Wiliam و pdf لقوة التعليقات (Hattie & amp Timperley)، لقد طورت نموذج ملاحظات من أربعة مستويات لاستخدامه في عمل الطلاب.

هذا المنشور لمشاركة نسخة محدثة - ما زلت أحب طريقة العطاء هذه حقًا في الوقت المناسب, فعالة, تركز على الهدف و ملاحظات مملوكة للطلاب. إنه يوفر لي الوقت بالتأكيد ، ولكنه يركز على التعليقات على ما هو الأكثر أهمية بالنسبة للطالب لاتخاذ الخطوة التالية. سأستمر في التحديث والتعديل والإضافة إلى هذه المشاركة.


هل الأهداف والغايات مهمة حقًا؟

الغرض من الأهداف ليس تقييد العفوية أو تقييد رؤية التعليم في الانضباط ولكن لضمان أن التعلم يركز بشكل واضح بما فيه الكفاية بحيث يعرف كل من الطلاب والمعلم ما يجري ، وبالتالي يمكن قياس التعلم بشكل موضوعي.

الرماة المختلفون لديهم أنماط مختلفة ، وكذلك يفعل المعلمون المختلفون. وبالتالي ، يمكنك إطلاق سهامك (أهدافك) بعدة طرق. الشيء المهم هو أنهم يصلون إلى هدفك (الأهداف) ويسجلون نقطة الهدف هذه!

الصورة التي أنشأها المؤلف ، مغطاة بترخيص CC لهذا الموقع.

1.1 مقدمة لمبادئ الإدارة

المدراء يجعلون الأشياء تحدث من خلال القيادة الإستراتيجية وريادة الأعمال.

ماذا فيها لأجلي؟

ستساعدك قراءة هذا الفصل على القيام بما يلي:

  1. تعرف على من هم المديرين وطبيعة عملهم.
  2. اعرف لماذا يجب أن تهتم بالقيادة وريادة الأعمال والاستراتيجية.
  3. تعرف على أبعاد إطار التخطيط - التنظيم - التحكم الرائد (P-O-L-C).
  4. تعلم كيف يغذي الأداء الاقتصادي الأداء الاجتماعي والبيئي.
  5. افهم ما يعنيه الأداء على مستوى الفرد والجماعة.
  6. أنشئ دليل الناجين لتعلم وتطوير مبادئ الإدارة.

نراهن على أن لديك بالفعل الكثير من الخبرة مع المنظمات والفرق والقيادة. مررت بمدارس ، أو في نوادي ، أو شاركت في مجموعات اجتماعية أو دينية ، أو تنافست في رياضات أو ألعاب ، أو عملت في وظائف بدوام كامل أو جزئي. ربما كانت بعض تجربتك إيجابية للغاية ، ولكن من المحتمل أيضًا أنك تتساءل في بعض الأحيان ، "ألا توجد طريقة أفضل للقيام بذلك؟"

بعد المشاركة في هذه الدورة ، نأمل أن تجد الإجابة بـ "نعم!" While management is both art and science, with our help you can identify and develop the skills essential to better managing your and others’ behaviors where organizations are concerned.

Before getting ahead of ourselves, just what is management, let alone principles of management? A manager’s primary challenge is to solve problems creatively, and you should view management as “the art of getting things done through the efforts of other people.” 1 The principles of management , then, are the means by which you actually manage, that is, get things done through others—individually, in groups, or in organizations. Formally defined, the principles of management are the activities that “plan, organize, and control the operations of the basic elements of [people], materials, machines, methods, money and markets, providing direction and coordination, and giving leadership to human efforts, so as to achieve the sought objectives of the enterprise.” 2 For this reason, principles of management are often discussed or learned using a framework called P-O-L-C, which stands for planning, organizing, leading, and controlling.

Managers are required in all the activities of organizations: budgeting, designing, selling, creating, financing, accounting, and artistic presentation the larger the organization, the more managers are needed. Everyone employed in an organization is affected by management principles, processes, policies, and practices as they are either a manager or a subordinate to a manager, and usually they are both.

Managers do not spend all their time managing. When choreographers are dancing a part, they are not managing, nor are office managers managing when they personally check out a customer’s credit. Some employees perform only part of the functions described as managerial—and to that extent, they are mostly managers in limited areas. For example, those who are assigned the preparation of plans in an advisory capacity to a manager, to that extent, are making management decisions by deciding which of several alternatives to present to the management. However, they have no participation in the functions of organizing, staffing, and supervising and no control over the implementation of the plan selected from those recommended. Even independent consultants are managers, since they get most things done through others—those الآخرين just happen to be their clients! Of course, if advisers or consultants have their own staff of subordinates, they become a manager in the fullest sense of the definition. They must develop business plans hire, train, organize, and motivate their staff members establish internal policies that will facilitate the work and direct it and represent the group and its work to those outside of the firm.

1 We draw this definition from a biography of Mary Parker Follett (1868–1933) written by P. Graham, Mary Parker Follett: Prophet of Management (Boston: Harvard Business School Press, 1995). Follett was an American social worker, consultant, and author of books on democracy, human relations, and management. She worked as a management and political theorist, introducing such phrases as “conflict resolution,” “authority and power,” and “the task of leadership.”

2 The fundamental notion of principles of management was developed by French management theorist Henri Fayol (1841–1925). He is credited with the original planning-organizing-leading-controlling framework (P-O-L-C), which, while undergoing very important changes in content, remains the dominant management framework in the world. See H. Fayol, General and Industrial Management (Paris: Institute of Electrical and Electronics Engineering, 1916).


موضوعي

In the objectives section of your lesson plan, write precise and delineated goals for what you want your students to be able to accomplish after the lesson is completed. Here is an example: Let's say that you are writing a lesson plan on nutrition. For this unit plan, your objective for the lesson is for students to identify the food groups, learn about the food pyramid, and name a few examples of healthy and unhealthy foods. Your goals should be specific and use exact figures and phrasing whenever appropriate. This will help you quickly and easily determine if your students met the objectives or not after the lesson is over.


Dependencies¶

WebAssembly depends on two existing standards:

IEEE 754-2019, for the representation of floating-point data and the semantics of respective numeric operations .

Unicode, for the representation of import/export names and the text format .

However, to make this specification self-contained, relevant aspects of the aforementioned standards are defined and formalized as part of this specification, such as the binary representation and rounding of floating-point values, and the value range and UTF-8 encoding of Unicode characters.

The aforementioned standards are the authoritative source of all respective definitions. Formalizations given in this specification are intended to match these definitions. Any discrepancy in the syntax or semantics described is to be considered an error.


شاهد الفيديو: علم الخلية (أغسطس 2022).