معلومة

هل الكروموسومات بدائية النواة لها قسيمات مركزية؟

هل الكروموسومات بدائية النواة لها قسيمات مركزية؟


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.

لقد وجدت هذا هنا.

تكون الكروموسومات حقيقية النواة دائمًا خطية ... على النقيض من ذلك ، تكون الكروموسومات بدائية النواة إما خالية تمامًا من السنتروميرات أو تحمل ما يسمى ب "مراكز البلازميد" التي ليست ضرورية (مع استثناءات قليلة ، مثل Caulobacter) (57 ، -60).

ماذا يعني أن الكروموسومات بدائية النواة تحمل "سنترومرات بلازميد"؟ كروموسوماتهم تحمل قواطع البلازميدات؟ هل لديهم سنترومير أم لا؟


لا ، بدائيات النوى لا تحتوي على سنتروميرات. ومع ذلك ، لديهم بشكل عام بنية مماثلة إلى حد ما تستخدم أثناء انقسام الخلية لتقسيم الكروموسومات والبلازميدات المضاعفة بين الخليتين الوليدين. المكان المماثل على الكروموسوم أو البلازميد هو الفصل عنصر ، تسلسل DNA على الكروموسوم أو البلازميد الذي هو جزء من نظام parABS. يتكون هذا النظام من نوعين من البروتينات (الفقرة و بارب) جنبا إلى جنب مع الفصل، تشكل آلية لفصل نسخ الكروموسوم أو البلازميد للخلايا الوليدة.

الفصل يُطلق عليه عادةً موقع "يشبه السنترومير" ، ولكن يُشار إليه أحيانًا باسم "مركز البلازميد" ، ولهذا السبب يستخدم الاقتباس العبارة ما يسمى ب "السنتروميرات البلازميدية".


سنترومير

السنترومير هو النقطة الموجودة على الكروموسوم حيث تلتصق ألياف المغزل الانقسامي بفصل الكروماتيدات الشقيقة عن بعضها أثناء انقسام الخلية.

عندما تسعى الخلية إلى إعادة إنتاج نفسها ، يجب عليها أولاً عمل نسخة كاملة من كل كروموسوماتها ، للتأكد من أن الخلية البنت تتلقى تكملة كاملة من الخلية الأم & # 8217s DNA.

غالبًا ما تظل نسختان من كل كروموسوم عالقتين معًا حتى يتم فصلهما ، وتذهب نسخة واحدة إلى كل خلية ابنة. أثناء وجودهما معًا ، تسمى هاتان النسختان "الكروماتيدات الشقيقة".

عندما تستعد الخلية للانقسام ، تبدأ الكروماتيدات الشقيقة بالانفصال عن بعضها البعض حتى يتم فصلها تمامًا تقريبًا. ومع ذلك ، يظلون مرتبطين في السنترومير - وهي منطقة خاصة تلعب دورًا حيويًا في انقسام الخلايا.

في السنترومير ، تتجمع عناصر الخلية والهيكل الخلوي # 8217s وتعلق. أولاً ، يتجمع مركب من البروتينات يُدعى kinetochore حول المنطقة المركزية للحمض النووي ثم تلتصق ألياف المغزل الانقسامي بالحركية. يتم تثبيت الطرف الآخر من هذه الألياف على طرفي نقيض للخلية الأم ، والتي ستنقسم قريبًا لتصبح خلايا ابنة جديدة.

عندما تبدأ ألياف المغزل في الانكماش ، يتم سحب الكروماتيدات إلى الأطراف المتقابلة للخلية الأم. بهذه الطريقة ، عندما تنقسم الخلايا الأم إلى اثنتين أثناء التحريك الخلوي ، يصبح كل كروماتيد أخت كروموسوم للخلية الوليدة الجديدة.

في المرحلتين 3 و 4 ، يتكثف الحمض النووي في كروموسومات معبأة بإحكام ، حيث يتم إقران الكروماتيدات الشقيقة وضمها في مركزها المركزي. في المرحلة 5 في الصورة أدناه ، يتم تفكيك الكروماتيدات الشقيقة إلى جوانب متقابلة من الخلية.

في المرحلة 6 ، تنقسم الخلية أخيرًا إلى قسمين ، تقسم الأخوات إلى خلايا ابنة.


الكروموسومات بدائية النواة

المادة الوراثية الكائنات الدقيقة ، سواء كانت بدائية النواة أو حقيقية النواة ، يتم ترتيبها بطريقة منظمة. يُشار إلى الترتيب في كلتا الحالتين على أنه كروموسوم.

ال الكروموسومات من الكائنات الحية الدقيقة بدائية النواة تختلف عن الكائنات الحية الدقيقة حقيقية النواة ، مثل خميرة ، من حيث تنظيم وترتيب المادة الوراثية. بدائية النواة الحمض النووي يميل إلى أن يكون أكثر تماسكًا ، من حيث الامتدادات التي ترمز بالفعل لشيء ما ، من الحمض النووي للخلايا حقيقية النواة. أيضًا ، يختلف شكل الكروموسوم بين العديد من بدائيات النوى و حقيقيات النواة . على سبيل المثال ، ملف حمض النووي الريبي منقوص الأكسجين من الخميرة (كائن حي دقيق حقيقيات النوى) مرتبة في عدد من الأذرع الخطية ، والتي تُعرف باسم الكروموسومات. فى المقابل، بكتيريا (الكائنات الحية الدقيقة النموذجية بدائية النواة) تفتقر إلى الكروموسومات. بدلا من ذلك ، في العديد من البكتيريا يتم ترتيب الحمض النووي في دائرة.

المادة الصبغية لـ الفيروسات يمكن أن تعتمد هياكل مختلفة. حمض نووي فيروسي سواء DNA او حمض النووي الريبي (RNA ) يميل إلى اعتماد الترتيب الدائري عند تعبئته داخل جسيم الفيروس. يمكن أن يكون للأنواع المختلفة من الفيروسات ترتيبات مختلفة من الحمض النووي. ومع ذلك ، يمكن أن يتصرف الحمض النووي الفيروسي بشكل مختلف داخل المضيف ، حيث قد يظل مستقلاً أو يندمج في الحمض النووي للمضيف. إن السلوك المتغير للكروموسوم الفيروسي يجعله أكثر ملاءمة لمناقشة منفصلة.

كان الترتيب الدائري للحمض النووي هو أول شكل تم اكتشافه في البكتيريا. في الواقع ، لسنوات عديدة بعد هذا الاكتشاف ، لم تكن فكرة أي ترتيب آخر للحمض النووي البكتيري محل اهتمام جاد. في البكتيريا ، يتكون الكروموسوم البكتيري الدائري من الحلزون المزدوج للحمض النووي. وبالتالي ، فإن خيوط الحمض النووي متشابكة بينما يتم توجيهها في نفس الوقت في دائرة. يسمح الترتيب الدائري للحمض النووي بتكرار المادة الجينية. عادةً ما يبدأ نسخ كل من خيوط الحمض النووي عند نقطة معينة ، والتي تسمى أصل النسخ المتماثل. من هذه النقطة ، يستمر تكرار خيط واحد من الحمض النووي في اتجاه واحد ، بينما يستمر تكرار الخيط الآخر في الاتجاه المعاكس. كل حبلا مصنوع حديثًا يلف حلزونيا حول حبلا القالب. التأثير هو إنشاء دائرتين جديدتين ، تتكون كل منهما من الحلزون المزدوج المتشابك.

يتم محاكاة الترتيب الدائري لما يسمى بالحمض النووي الكروموسومي البلازميدات . توجد البلازميدات في السيتوبلازم وليست جزءًا من الكروموسوم. يميل الحمض النووي للبلازميدات إلى الالتفاف بإحكام شديد ، أكثر بكثير من الدنا الكروموسومي. غالبًا ما توصف ميزة DNA البلازميد هذه بأنها فائقة الالتفاف. اعتمادًا على نوع البلازميد ، قد يتضمن النسخ المتماثل الاندماج في الكروموسوم البكتيري أو يمكن أن يكون مستقلاً. تلك التي تتكاثر بشكل مستقل تعتبر صغيرة الكروموسومات.

تسمح البلازميدات للجينات التي تأويها بالانتقال من البكتيريا إلى البكتيريا بسرعة. في كثير من الأحيان ، تقوم هذه الجينات بتشفير البروتينات التي تشارك في مقاومة العوامل المضادة للبكتيريا أو المركبات الأخرى التي تهدد بقاء البكتيريا ، أو البروتينات التي تساعد البكتيريا في تكوين العدوى (مثل السم).

تم توضيح الترتيب الدائري للحمض النووي البكتيري لأول مرة بواسطة الفحص المجهري الإلكتروني لـ الإشريكية القولونية و Bacillus subtilus البكتيريا التي تم فيها إطلاق الحمض النووي بدقة من البكتيريا. حددت الصور المجهرية بوضوح الطبيعة الدائرية للحمض النووي المنطلق. في أعقاب هذه التجارب ، كان الافتراض أن الكروموسوم البكتيري يتكون من دائرة واحدة كبيرة من الحمض النووي. ومع ذلك ، منذ هذه التجارب ، تم العثور على بعض البكتيريا لديها عدد من القطع الدائرية من الحمض النووي ، وحتى أن لديها صبغيات خطية وأحيانًا بلازميدات خطية. تشمل أمثلة البكتيريا التي تحتوي على أكثر من قطعة دائرية واحدة من الحمض النووي البروسيلا محيط، Deinococcus radiodurans, ليبتوسبيرا interrogans, Paracoccus denitrificans, رودوباكتر سبيرودس، و فيبريو محيط. أمثلة من البكتيريا ذات الأشكال الخطية للحمض النووي الصبغي هي أغروباكتريوم توميفاسيانز, ستربتوميسيس الأنواع و بوريليا محيط.

لم يتم اكتشاف الترتيب الخطي للكروموسوم البكتيري حتى أواخر السبعينيات ، ولم يتم إثباته بشكل قاطع حتى ظهور تقنية هلام المجال النبضي الكهربائي بعد عقد من الزمن. كانت أول بكتيريا تظهر أنها تمتلك كروموسومًا خطيًا بوريليا برغدورفيرية.

تشبه الكروموسومات الخطية للبكتيريا تلك الموجودة في حقيقيات النوى مثل الخميرة من حيث أن لديها مناطق متخصصة من الحمض النووي في نهاية كل خيط مزدوج من الحمض النووي. تُعرف هذه المناطق باسم التيلوميرات ، وتعمل كحدود لتقسيم امتدادات ترميز الحمض النووي. تعمل التيلوميرات أيضًا على تأخير خيوط الحمض النووي المزدوجة من فك اللفائف عن طريق تثبيت نهايات كل خيط مع الخيط التكميلي.

هناك نوعان من التيلوميرات في البكتيريا. نوع واحد يسمى تيلومير دبوس الشعر. كما يوحي اسمها ، فإن التيلومرات تنحني من نهاية خيط DNA إلى نهاية الخيط التكميلي. يُعرف النوع الآخر من التيلومير باسم التيلومير العكسي. يعمل هذا النوع على السماح بالتداخل بين نهايات خيوط الحمض النووي التكميلية.

يتم تكرار الكروموسوم البكتيري الخطي من طرف واحد ، تمامًا مثل تشغيل السوستة. بينما يتحرك النسخ المتماثل لأسفل الحلزون المزدوج ، يتشكل ذيلان من الحلزون المزدوج الابنة خلف نقطة التكرار.

تميل الأبحاث حول بنية ووظيفة الكروموسوم البكتيري إلى التركيز عليها الإشريكية القولونية كنموذج للكائنات الحية الدقيقة. هذه البكتيريا هي نظام ممتاز لمثل هذه الدراسات. ومع ذلك ، نظرًا لأن تنوع الحياة البكتيرية أصبح أكثر وضوحًا في بداية السبعينيات ، فإن قيود استقراء النتائج من الإشريكية القولونية كما أن كروموسوم البكتيريا بشكل عام أكثر وضوحا. لا يُعرف سوى القليل جدًا ، على سبيل المثال ، عن التركيب الكروموسومي للأركا ، وأشكال الحياة البدائية التي تشترك في السمات مع بدائيات النوى وحقيقيات النوى ، وعن تلك البكتيريا التي يمكن أن تعيش في بيئات كان يُعتقد سابقًا أنها غير مضيافة تمامًا. نمو البكتيريا .

أنظر أيضا التحديد الجيني للكائنات الدقيقة التنظيم الجيني للخلايا بدائية النواة


أوجه التشابه بين الكروموسومات بدائية النواة وحقيقية النواة

Ø يحتوي كروموسوم كل من بدائيات النوى وحقيقيات النوى على المادة الوراثية DNA.

Ø يتشابه التركيب الكيميائي والتنظيم الهيكلي للحمض النووي في كل من بدائيات النوى وحقيقيات النوى.

Ø في كل من بدائيات النوى وحقيقيات النوى ، يتم تسهيل التعبير عن المادة الوراثية عن طريق النسخ والترجمة.

Ø في كلتا المجموعتين ، يتفاعل الحمض النووي السالب الشحنة مع بعض البروتينات الموجبة الشحنة لإبطال شحناتها.

Ø تحتوي المادة الجينية على متواليات مشفرة وغير مشفرة.

Ø في كلتا المجموعتين ، يتسبب مثيلة الحمض النووي في الكروموسوم في تعطيله.

Ø تحتوي كلتا المجموعتين على مواد وراثية كروموسومية إضافية. (البلازميدات في بدائيات النوى والحمض النووي للميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء في حقيقيات النوى)


Centromere: الهيكل والأنواع | الكروموسومات

يؤخذ موقع الانقباض في الكروموسوم تحت المجهر الضوئي عمومًا على أنه تباين في السنترومير. من المعتقد عمومًا أن الهيتروكروماتين التأسيسي موجود في المنطقة المركزية. مكون السنترومير هو أساسًا الحركية والبروتينات المرتبطة بالحمض النووي.

يتم ربط ألياف المغزل أو الأنابيب الدقيقة في هذه المرحلة مما يساعد في تحريك الكروموسومات أو الكروماتيدات إلى القطبين أثناء انقسام الخلية. عندما يتم ربط mi & shycrotubules للمغزل في مركز الكروموسومات الطورية تتكون من اثنين من كروماتيدات ، ثم تنفصل الكروماتيدات الشقيقة وتتحرك إلى أقطاب متقابلة للمغزل - وتستمر الخطوة التالية من الانقسام.

وبالتالي فإن السنترومير له وظيفتان ، إحداهما هي ربط الكروماتيدات الشقيقة ، والثانية هي موقع ربط ألياف المغزل.

لقد لوحظ تحت المجهر الإلكتروني أن ألياف مغزل واحدة متصلة بمركز الخميرة ، Saccharomyces cerevisiae ، بينما ترتبط ألياف مغزل متعددة بمركز الكائنات الحية الأخرى.

تم تحليل جزء الكروماتين من السنترومير في الخميرة ووجد أنه يحتوي على مركب بروتين-دنا يتكون من 220 إلى 250 زوجًا قاعديًا. تم تحديد أربع مناطق في وسط الخميرة مثل CDE 1 و CDE 2 و CDE 3 و CDE 4.

تتشابه التسلسلات الأساسية للمناطق الثلاث الأولى في جميع الخمائر ولكن الاختلاف في التسلسل الأساسي موجود في CDE 4. منطقة CDE 2 غريبة في وجود 90٪ من أزواج القواعد باعتبارها AT غنية. تم العثور على مقاطع التكرار المقلوبة في منطقة CDE 3.

يتم حماية الحمض النووي المركزي من هضم النيوكلياز عن طريق تكوين بنية تسمى الجسيم المركزي المركزي. يحتوي هذا الجسيم على DNA أكثر من الجسيمات الأساسية للنيوكليوسوم العادي والبروتينات المرتبطة به. يتم توصيل ألياف المغزل بهذا الجسيم الذي يساعد على فصل الكروموسومات أثناء انقسام الخلية.

عندما يتم مقارنة تسلسل الحمض النووي المركزي بين متواليات بروتينية لبروتين مركزي ، فقد وجد أن خصائص البروتين وخجله يتم حفظها أكثر من تسلسل الحمض النووي وخجول الدنا مما يشير إلى أن تسلسل الحمض النووي قد لا يكون العامل المحدد المهم في وظيفة المناطق المركزية.

تحتوي المناطق المركزية للكائنات الأعلى على كميات كبيرة من الهيتروكروماتين تتكون من الحمض النووي المتكرر.

يحتوي مركز الكروموسوم البشري على DNA متكرر مترادف يبلغ 170 نقطة أساس. تسمى هذه التكرارات الحمض النووي للقمر الصناعي. قد يختلف عدد النسخ من 5000 إلى 15000. هذا الحمض النووي مسؤول ، في معظم الحالات كموقع ربط ، عن البروتين المركزي. ومع ذلك ، لم يتم بعد تحديد دور DNA الساتل على السنتروميرات في الثدييات بشكل كامل.

ترتبط السنتروميرات في الثدييات بحوالي 30 إلى 40 من ألياف المغزل أو الأنابيب الدقيقة ، بينما يرتبط أنبوب صغير واحد فقط بمركز الخميرة. يُظهر نوعا الخميرة ، S. cerevisiae و Schizocharomyces pombe ، تباينًا واسعًا واختلافًا في حجم الحمض النووي المركزي.

الحمض النووي المركزي لـ S. pombe أكبر 1000 مرة من تلك الموجودة في S. cerevisiae. إن cen & shytromere لـ S. Pombe أكثر تعقيدًا من حيث وجود النواة المركزية لتسلسل DNA الفريد والتسلسل المرافقة لـ 3 تكرارات ترادفية. تم تقييم وظيفة الحمض النووي المركزي بوضوح في الخميرة مما يدل على فصل البلازميدات في الخلايا الوليدة في الانقسام الخيطي عند وجود السنترومير.

أنواع السنترومير:

(أ) هيكل التيلوميرات:

تحتوي جميع الكروموسومات على بنية بروتينية DNA خاصة في النهاية تسمى التيلوميرات. التيلوميرات لها دور مهم في تضاعف chro & shymosome واستقرارها. تظهر الملاحظات المجهرية أن الكروموسومات ذات النهايات bro & shyken تتحلل مما يؤدي في بعض الأحيان إلى موت الخلايا.

في تجربة ، تم نقل التيلوميرات من رباعي الغشاء إلى نهايات DNA البلازميد الخطي للخميرة ، ثم سُمح لها بالتكاثر في الخميرة. لقد لوحظ أن إضافة DNA telomeric تساعد DNA البلازميد على التكاثر كجزيئات خطية مما يدل على أن التيلوميرات ضرورية للتكرار.

يتكون Telemore من الحمض النووي المتكرر لقواعد كيلو كبيرة ويتم حفظها بشكل كبير وتحتوي على مجموعات من بقايا G. تسلسل التيلومير للثدييات ، بما في ذلك الإنسان ، الفأس AGGGTT. في رباعي الغشاء ، التسلسلات هي GGGGTT.

تُظهر الدراسات الجزيئية أن متواليات التيلومير لعدد كبير من حقيقيات النوى متشابهة وتتألف من تكرار تسلسل الحمض النووي ويفضل عناقيد من الوحدات البنائية G. تسلسل التيلومير المتكرر في الإنسان هو AGGGTT ، وفي Terahymean هو GGGGTT (الجدول 13.1). تتكرر هذه التسلسلات التيلوميرية بشكل متكرر أو نسخ تيلوميرية آلاف المرات تصل إلى عدة كيلوغرامات.

(ب) النسخ المتماثل Telomeric:

بوليميراز الحمض النووي لديه القدرة على تصنيع سلسلة DNA متنامية في اتجاه 5 & # 8242 → 3 & # 8242 ولكن لا يمكنه توليف نهايات تيلوميرية. عملية النسخ المتماثل في التيلومير فريدة ومختلفة.

تم حل مشكلة تكاثر التيلوميرات عن طريق آلية خاصة ومشرقة بمساعدة إنزيم تيلوميراز له نشاط النسخ العكسي. هذا الإنزيم (الإنزيم تيلوميراز) قادر على إضافة تكرارات تيلوميرية في 3 & # 8242 نهاية خيط DNA مكونًا تراكبًا أحادي الجديلة عند الطرف 3 & # 8242 لكل من القالب والحبل الجديد.

ومن ثم فإن نهاية 5 & # 8242 لكل حبلا أقصر من نهاية 3 & # 8242. يشتمل جزيء الإنزيم تيلوميراز الآن على جزيء RNA أساسي يسمى RNA التوجيهي في 5 & # 8242 النهاية والذي يحتوي على تسلسلات محددة مكملة لتكرار التيلومير.

ثم يعمل كطبقة أولية للتيلومير عند 5 & # 8242 نهاية الشريط. عندما يكتمل استطالة الخيط عند الطرف 5 & # 8242 - أي أن طرفي الخيط متساويان - عندئذٍ يحدث تضفير RNA التمهيدي ويتم ملء الفجوة بواسطة البوليميراز.

آلية التحكم في استطالة طول التيلومير غير معروفة بوضوح. ولكن في حالة الخميرة ، فقد وجد أن نوعًا خاصًا من البروتين ، يسمى Rap 1p ، لعب دورًا مهمًا في تنظيم طول التيلومير. يرتبط بتسلسل تيلومير الخميرة ويتوقف الاستطالة. تم شرح الآلية الخاصة للنسخ التيلومري لأول مرة بواسطة C. Greider و E.Blackburn في عام 1986.


3. الخلايا بدائية النواة هي أحادية العدد ، مما يعني أنها لا تحتوي على كروموسومات تحدث في أزواج متماثلة.

تحتوي معظم الخلايا بدائية النواة على كروموسوم واحد فقط ، لذلك يتم تصنيفها على أنها أحادي العدد الخلايا (1 ن ، بدون كروموسومات مقترنة). حتى في ضمة الكوليرا، التي تحتوي على اثنين من الكروموسومات ، تكون الكروموسومات فريدة من نوعها عن بعضها البعض. أي أنهما ليسا زوجًا متماثلًا ، لأنهما لا يحتويان على نفس الجينات في نفس المواقع.

العديد من بدائيات النوى ، مثل البكتيريا ، تتكاثر عن طريق الانشطار الثنائي. هذه طريقة للتكاثر اللاجنسي تشبه في نتيجتها النهائية الانقسام - ينتج عن خليتين ابنتيتين ، لكل منهما نفس عدد الكروموسومات مثل الخلية الأم. ومع ذلك ، عندما تخضع البكتيريا للانشطار الثنائي ، لا يتكون المغزل الانقسامي. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يحدث تكرار كروموسوم الخلية بدائية النواة أثناء عملية الانشطار.


2. توجد الكروموسومات حقيقية النواة داخل النواة ، بينما توجد الكروموسومات بدائية النواة في النواة.

يتمثل الاختلاف الرئيسي بين الخلايا بدائية النواة والخلايا حقيقية النواة في أن الخلايا حقيقية النواة لها نواة مرتبطة بالغشاء (وعضيات مرتبطة بالغشاء) ، بينما تفتقر الخلايا بدائية النواة إلى نواة. في الخلايا حقيقية النواة ، يتم احتواء جميع الكروموسومات داخل النواة. في الخلايا بدائية النواة ، يقع الكروموسوم في منطقة من السيتوبلازم تسمى النواة النووية ، والتي تفتقر إلى الغشاء.

أحد الآثار المثيرة للاهتمام لهذا الاختلاف في موقع الكروموسومات حقيقية النواة وبدائية النواة هو أن النسخ والترجمة - عمليتا تكوين جزيء RNA واستخدام هذا الجزيء لتخليق البروتين - يمكن أن تحدث في وقت واحد في بدائيات النوى. هذا ممكن لأن الخلايا بدائية النواة تفتقر إلى غشاء نووي ، لذلك يحدث النسخ والترجمة في نفس المنطقة. أثناء نسخ الحمض النووي الريبي ، يمكن للريبوسومات أن تبدأ عملية الترجمة لربط الأحماض الأمينية معًا. في المقابل ، في الخلايا حقيقية النواة ، يحدث النسخ دائمًا أولاً ، ويحدث داخل النواة. يحتاج جزيء الحمض النووي الريبي إلى الخضوع لعملية التحرير قبل أن يغادر النواة. ثم تتم الترجمة بواسطة الريبوسوم في السيتوبلازم.


هل الكروموسومات بدائية النواة لها قسيمات مركزية؟ - مادة الاحياء

عند مقارنة الخلايا بدائية النواة بالخلايا حقيقية النواة ، تكون بدائيات النوى أبسط بكثير من حقيقيات النوى في العديد من ميزاتها (الشكل 1). تحتوي معظم بدائيات النوى على كروموسوم دائري واحد موجود في منطقة من السيتوبلازم تسمى النواة.

ممارسة

الشكل 1. تحتوي حقيقيات النوى على نواة محددة جيدًا ، بينما في بدائيات النوى ، يكمن الكروموسوم في السيتوبلازم في منطقة تسمى النواة.

في الخلايا حقيقية النواة ، يحدث تخليق الحمض النووي والحمض النووي الريبي في حجرة منفصلة عن تخليق البروتين. في الخلايا بدائية النواة ، تحدث كلتا العمليتين معًا. ما هي المزايا التي قد تكون هناك لفصل العمليات؟

حجم الجينوم في واحدة من بدائيات النوى الأكثر دراسة ، بكتريا قولونية، 4.6 مليون زوج قاعدي (حوالي 1.1 مم ، إذا تم قطعها وتمديدها). فكيف يتناسب هذا داخل خلية بكتيرية صغيرة؟ يتم التواء الحمض النووي بما يعرف باسم الالتواء الفائق. يعني الالتواء الفائق أن الحمض النووي إما تحت الجرح (أقل من لفة واحدة من اللولب لكل 10 أزواج أساسية) أو مفرط الجرح (أكثر من دورة واحدة لكل 10 أزواج قاعدية) من حالة الاسترخاء الطبيعية. من المعروف أن بعض البروتينات تشارك في الالتفاف الفائق للبروتينات والإنزيمات الأخرى مثل DNA gyrase التي تساعد في الحفاظ على البنية فائقة الالتفاف.

تستخدم حقيقيات النوى ، التي تتكون كل كروموسوماتها من جزيء دنا خطي ، نوعًا مختلفًا من استراتيجية التعبئة لتلائم الحمض النووي الخاص بها داخل النواة (الشكل 2). على المستوى الأساسي ، يتم لف الحمض النووي حول البروتينات المعروفة باسم الهيستونات لتشكيل هياكل تسمى الجسيمات النووية. الهستونات عبارة عن بروتينات محفوظة تطوريًا غنية بالأحماض الأمينية الأساسية وتشكل الأوكتامر (مركب مكون من ثمانية بروتينات). يتم لف الحمض النووي (المشحون سلبًا بسبب مجموعات الفوسفات) بإحكام حول قلب هيستون. يرتبط هذا النوكليوسوم بالنيوكليوسوم التالي بمساعدة الحمض النووي الرابط. يُعرف هذا أيضًا باسم & # 8220beads على بنية سلسلة & # 8221. يتم ضغط هذا أيضًا في ألياف 30 نانومتر ، وهو قطر الهيكل. في مرحلة الطور الرئيسي ، تكون الكروموسومات في أكثر حالاتها ضغطًا ، ويبلغ عرضها حوالي 700 نانومتر ، وتوجد مقترنة ببروتينات السقالة.

في الطور البيني ، تحتوي الكروموسومات حقيقية النواة على منطقتين متميزتين يمكن تمييزهما عن طريق التلوين. تُعرف المنطقة المعبأة بإحكام باسم الكروماتين المتغاير ، وتُعرف المنطقة الأقل كثافة بالكروماتين الحقيقي. عادة ما يحتوي الهيتروكروماتين على جينات لم يتم التعبير عنها ، وتوجد في مناطق السنترومير والتيلوميرات. عادةً ما يحتوي الكروماتين الحقيقي على جينات منسوخة ، مع حزم الحمض النووي حول النيوكليوسومات ولكن لا يتم ضغطها بشكل أكبر.

الشكل 2. توضح هذه الأرقام انضغاط كروموسوم حقيقيات النوى.


تكشف المراكز المظلمة للكروموسومات عن الحمض النووي القديم

اكتشف علماء الوراثة الذين يستكشفون القلب المظلم للجينوم البشري أجزاء كبيرة من الإنسان البدائي والحمض النووي القديم الآخر. تفتح النتائج طرقًا جديدة لدراسة كل من كيفية تصرف الكروموسومات أثناء انقسام الخلية وكيف تغيرت أثناء التطور البشري.

تقع السنتروميرات في منتصف الكروموسومات ، "الخصر" المنضغط في صورة كروموسوم مأخوذ من كتاب علم الأحياء. يقوم السنترومير بترسيخ الألياف التي تفصل الكروموسومات عن بعضها عندما تنقسم الخلايا ، مما يعني أنها مهمة حقًا لفهم ما يحدث عندما يحدث خطأ في انقسام الخلية ، مما يؤدي إلى الإصابة بالسرطان أو عيوب وراثية.

لكن الحمض النووي للسنتروميرات يحتوي على الكثير من التتابعات المتكررة ، ولم يتمكن العلماء من رسم خريطة لهذه المنطقة بشكل صحيح.

قال تشارلز لانجلي ، أستاذ التطور والبيئة في جامعة كاليفورنيا في ديفيس: "إنه قلب ظلام الجينوم ، نحذر الطلاب من الذهاب إلى هناك". لانغلي مؤلف رئيسي في ورقة بحثية تصف العمل المنشور في عدد قادم من المجلة eLife.

لانغلي وزملاؤه ساشا لانجلي وجاري كاربين في مختبر لورانس بيركلي وكارين ميغا في جامعة كاليفورنيا بسانتا كروز استنتجوا أنه يمكن أن يكون هناك أنماط فردانية - مجموعات من الجينات موروثة معًا في التطور البشري - تمتد على أجزاء واسعة من جينوماتنا ، و حتى عبر السنترومير.

ذلك لأن السنترومير لا يشارك في عملية "التقاطع" التي تحدث عندما تنقسم الخلايا لتكوين الحيوانات المنوية أو البويضات. أثناء التقاطع ، تصطف الكروموسومات المزدوجة جنبًا إلى جنب وتتقاطع أطرافها ، وأحيانًا تقطع وتقطع الحمض النووي بينهما بحيث يمكن خلط الجينات. لكن عمليات الانتقال تنخفض إلى الصفر بالقرب من المراكز المركزية. بدون هذا الخلط في كل جيل ، قد تحافظ الكواكب الوسطى على امتدادات قديمة جدًا من الحمض النووي سليمة.

بحث الباحثون عن تعدد الأشكال الموروثة للنيوكليوتيدات المفردة - التغييرات الموروثة في حرف واحد من الحمض النووي - والتي من شأنها أن تسمح لهم بتعيين الأنماط الفردية في السنترومير.

أظهروا أولاً أنه يمكنهم التعرف على الأنماط الفردانية المركزية ، أو "ربما" في ذبابة الفاكهة ذباب الفاكهة.

قال لانجلي إن هذا الاكتشاف له تأثيران. أولاً ، إذا تمكن الباحثون من تمييز الكروموسومات عن بعضهم البعض بواسطة مراكزهم المركزية ، فيمكنهم البدء في إجراء اختبارات وظيفية لمعرفة ما إذا كانت هذه الاختلافات لها تأثير على قطعة الحمض النووي الموروثة. على سبيل المثال ، أثناء تكوين البويضة ، تتكون أربعة كروماتيدات من اثنين من الكروموسومات ، ولكن واحدًا فقط يصنعها إلى البويضة. لذلك يريد العلماء أن يعرفوا: هل تنتقل أنماط الفردوس المركزية المعينة في كثير من الأحيان؟ وهل من المرجح أن تتورط بعض الأنماط الفردية في الأخطاء؟

ثانيًا ، يمكن للباحثين استخدام السنترومير للنظر في النسب والنسب التطوري.

بالانتقال إلى الحمض النووي البشري ، نظر الباحثون في تسلسل السنترومير من مشروع 1000 جينوم ، وهو فهرس عام للتنوع البشري. اكتشفوا أنماطًا فردية تمتد على الكواكب المركزية في جميع الكروموسومات البشرية.

أنماط Haplotypes من نصف مليون سنة مضت

في الكروموسوم X في تسلسلات الجينوم هذه ، وجدوا العديد من الأنماط الفردانية المركزية الرئيسية التي تمثل الأنساب التي تمتد إلى نصف مليون سنة. في الجينوم ككل ، يُرى معظم التنوع بين الجينومات الأفريقية بما يتوافق مع الانتشار الأحدث للبشر خارج القارة الأفريقية. لم يحمل هؤلاء المهاجرون الأوائل أحد أقدم سلالات الأنساب الفردانية المركزية.

في الكروموسوم 11 ، وجدوا أنماطًا متباينة للغاية من الحمض النووي لإنسان نياندرتال في جينومات غير أفريقية. تباعدت هذه الأنماط الفردية بين 700000 إلى مليون سنة مضت ، في نفس الوقت تقريبًا انفصل أسلاف إنسان نياندرتال عن أسلاف بشرية أخرى. يحتوي مركز الكروموسوم 12 أيضًا على النمط الفرداني القديم والأقدم الذي يبدو أنه مشتق من قريب غير معروف.

يمكن أن يؤثر هذا الحمض النووي لإنسان نياندرتال على الكروموسوم 11 على الاختلافات في حاسة الشم لدينا حتى يومنا هذا. تحمل الخلايا التي تستجيب للتذوق والشم مستقبلات الرائحة الناتجة عن تواقيع كيميائية محددة. يمتلك البشر حوالي 400 جينة مختلفة لمستقبلات الرائحة. يوجد أربعة وثلاثون من هذه الجينات داخل النمط الفرداني للكروموسوم 11. تمثل الأنماط الفردانية المركزية لإنسان نياندرتال والنمط الفرداني القديم الثاني حوالي نصف التباين في بروتينات مستقبلات الرائحة هذه.

من المعروف من عمل الآخرين أن التباين الجيني في مستقبلات الرائحة يمكن أن يؤثر على حاسة التذوق والشم ، لكن التأثيرات الوظيفية للتنوع الموجود في هذه الدراسة لم يتم اكتشافها بعد وتحليل تأثيرها على الذوق والشم.


هل الكروموسومات بدائية النواة لها قسيمات مركزية؟ - مادة الاحياء

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 نتيجة 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 انقسام الخلايا في حقيقيات النوى. كمراجعة للمعلومات العامة حول انقسام الخلايا التي ناقشناها في بداية هذا الفصل ، تذكر أن كروموسوم الحمض النووي الأحادي الدائري للبكتيريا يحتل موقعًا محددًا ، المنطقة النووية ، داخل الخلية ((الشكل)). 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)). 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 النيوكلييدات. 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.

شكل 1. تظهر هذه الصور خطوات الانشطار الثنائي في بدائيات النوى. (الائتمان: تعديل العمل بواسطة "Mcstrother" / ويكيميديا ​​كومنز)

اتصال التطور

المغزل الإنقسامية جهاز

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 الحركة 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 ((الشكل)).

جهاز تقسيم الخلية بين الكائنات الحية المختلفة
هيكل المادة الوراثية تقسيم المواد النووية فصل الخلايا الوليدة
بدائيات النوى لا توجد نواة. يوجد الكروموسوم الأحادي الدائري في منطقة من السيتوبلازم تسمى النواة النووية. يحدث من خلال الانشطار الثنائي. عندما يتم تكرار الكروموسوم ، تنتقل النسختان إلى نهايتين متقابلتين للخلية بواسطة آلية غير معروفة. تتجمع بروتينات FtsZ في حلقة تقطع الخلية إلى قسمين.
بعض المحتجين توجد الكروموسومات الخطية في النواة. تلتصق الكروموسومات بالمغلف النووي الذي يظل سليما. يمر المغزل الانقسامي عبر المغلف ويطيل الخلية. لا يوجد مريكزون. تشكل الألياف الدقيقة ثلم انشقاقي يقرص الخلية إلى قسمين.
الطلائعيات الأخرى توجد الكروموسومات الخطية الملتفة حول الهستونات في النواة. يتشكل المغزل الانقسامي من المريكزات ويمر عبر الغشاء النووي ، والذي يظل سليماً. ترتبط الكروموسومات بالمغزل الانقسامي الذي يفصل الكروموسومات ويطيل الخلية. تشكل الألياف الدقيقة ثلمًا انقسامًا يقرص الخلية إلى قسمين.
خلايا حيوانية توجد الكروموسومات الخطية في النواة. يتكون المغزل الانقسامي من الجسيمات المركزية. الغلاف النووي يذوب. ترتبط الكروموسومات بالمغزل الانقسامي الذي يفصل الكروموسومات ويطيل الخلية. تشكل الألياف الدقيقة ثلم انشقاقي يقرص الخلية إلى قسمين.

ملخص القسم

في كل من انقسام الخلايا بدائية النواة وحقيقية النواة ، يتم تكرار الحمض النووي الجيني ثم يتم تخصيص كل نسخة في خلية ابنة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تقسيم محتويات السيتوبلازم بالتساوي وتوزيعها على الخلايا الجديدة. ومع ذلك ، هناك العديد من الاختلافات بين انقسام الخلايا بدائية النواة وحقيقية النواة. تحتوي البكتيريا على كروموسوم DNA دائري واحد ولكن لا يوجد نواة. لذلك ، فإن الانقسام (karyokinesis) ليس ضروريًا في انقسام الخلايا البكتيرية. يتم توجيه الحركة الخلوية البكتيرية بواسطة حلقة مكونة من بروتين يسمى FtsZ. ينتج عن نمو الغشاء ومواد جدار الخلية من محيط الخلايا تكوين حاجز يبني في النهاية جدران الخلية المنفصلة للخلايا الوليدة.


ملخص القسم

في كل من انقسام الخلايا بدائية النواة وحقيقية النواة ، يتم تكرار الحمض النووي الجيني وتخصيص كل نسخة في خلية ابنة. تنقسم محتويات السيتوبلازم أيضًا بالتساوي إلى الخلايا الجديدة. ومع ذلك ، هناك العديد من الاختلافات بين انقسام الخلايا بدائية النواة وحقيقية النواة. تحتوي البكتيريا على كروموسوم DNA دائري واحد وليس لها نواة. لذلك ، فإن الانقسام ليس ضروريًا في انقسام الخلايا البكتيرية. يتم توجيه الحركة الخلوية البكتيرية بواسطة حلقة مكونة من بروتين يسمى FtsZ. ينتج عن نمو الغشاء ومواد جدار الخلية من محيط الخلايا حاجزًا يشكل في النهاية جدرانًا خلوية منفصلة للخلايا الوليدة.


شاهد الفيديو: الفرق بين الكووموسوم والكروماتيد والكروماتين (قد 2022).