علم الأحياء الجزيئي هو علم فهم الطبيعة ، وظاهرة الحياة ، من خلال دراسة الكائنات البيولوجية على المستوى الجزيئي.

السمة المميزة لـ MB هي دراسة ظواهر الحياة على الكائنات الحية غير الحية أو البدائية ، ودراسة أغشية الخلايا ، والفيروسات ، والعاثيات ، وتركيب ووظائف البوليمرات الحيوية (البروتينات ، والدهون ، والأحماض النووية). يبلغ عمر البيولوجيا الجزيئية حوالي 50 عامًا ، بناءً على حدود الكيمياء الحيوية والفيزياء الحيوية وعلم وظائف الأعضاء. تأسست MB في أبريل 1953 عندما كتب Crick and Watson مقالًا في Nature يقترحان جزيء DNA مكانيًا. كان أساس بناء هذا النموذج هو العمل على تحليل حيود الأشعة السينية ، الذي شارك فيه ويلكينسون وفرانكلين.

علم الوراثة الطبية - يدرس دور الوراثة وحدوث الأمراض.

الأمراض الوراثية هي أمراض تسببها طفرات ضارة في الجهاز الوراثي للخلايا (في الأمشاج والزيجوت).

تاريخ تطور البيولوجيا الجزيئية. الانجازات الرئيسية.

لأول مرة ، تم تقديم مصطلح "MB" بواسطة W. Astbury ، الذي اكتشف العلاقة بين التركيب الجزيئي وخصائص البروتينات الليفية. علاوة على ذلك ، قام العلماء بتطبيقه في عام 1945 ، ولكن كيف بدأ العلم في التطور في عام 1953 مع اكتشاف نموذج جزيء الحمض النووي بواسطة واطسون وكريك في خلايا الكائنات الحية.

المراحل الرئيسية في تطوير البيولوجيا الجزيئية

1. الفترة الأولى 1935-1944

درس ماكس ديلبروك وسالفادور لوريا البكتيريا والفيروسات

في عام 1940 ، صاغ جورج بيدل وإدوارد تاتوم الفرضية - "جين واحد - إنزيم واحد". لكن ما هو الجين من الناحية الفيزيائية والكيميائية لم يعرف بعد. هناك تقاطع بين الفيزياء والكيمياء والبيولوجيا.

2. الفترة الثانية 1944-1953

تم إثبات الدور الجيني للحمض النووي. في عام 1953 ، ظهر نموذج الحلزون المزدوج للحمض النووي ، والذي حصل منشئوه جيمس واتسون وفرانسيس كريك وموريس ويلكنز على جائزة نوبل.

3. الفترة العقائدية 1953-1962

تمت صياغة العقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية:

يذهب نقل المعلومات الجينية في اتجاه DNA → RNA → البروتين.

في عام 1962 ، تم فك الشفرة الجينية.

4. الفترة الأكاديميةمن عام 1962 إلى الوقت الحاضر ، حيث تم تمييزهم منذ عام 1974 الفترة الفرعية للهندسة الوراثية.

الاكتشافات الرئيسية

1944 دليل على الدور الجيني للحمض النووي.أوزوالد أفيري ، كولين ماكليود ، ماكلين مكارثي.

1953 تأسيس بنية الحمض النووي.جيمس واتسون وفرانسيس كريك.

1961 اكتشاف التنظيم الجيني لتخليق الإنزيم.أندريه لفوف ، فرانسوا جاكوب ، جاك مونود.

1962 فك الشفرة الجينية.مارشال نيرنبرغ ، هاينريش ماتي ، سيفيرو أوتشوا.

1967 التوليف المختبري للحمض النووي النشط بيولوجيًا.آرثر كورنبرج (زعيم غير رسمي للبيولوجيا الجزيئية).

1970 التوليف الكيميائي للجين. Gobind من القرآن.

1970 اكتشاف إنزيم النسخ العكسي وظاهرة النسخ العكسي.هوارد تيمين ، ديفيد بالتيمور ، ريناتو دولبيكو.

1978 فتح الربط.فيليب شارب.

1982 فتح التضمين التلقائي. ThomasChek.

المجهر وهيكله. الفحص المجهري

الأجزاء الرئيسية للمجهر:

ميكانيكي: ترايبود ، مسرح ، أنبوب ، مسدس ومسامير صغيرة وكبيرة

بصري: عينية ، عدسات

الإضاءة: مرآة ، مكثف (لتوزيع الضوء) ، غشاء

الفحص المجهري - دراسة عضيات الخلية ، حركة السيتوبلازم

تقنية الفحص المجهري:

اضبط المجهر على وضع العمل

عند النظر من خلال المجهر ، تحقق من مجال رؤية مشرق بالمرآة

ضع التحضير على المسرح ، وقم بمحاذاة الهدف مع الفتحة الموجودة في وسط المسرح

اخفض الأنبوب بمسمار ماكرو على مسافة عدة مليمترات من المستحضر

بالنظر من خلال المجهر ، ارفع حتى تظهر صورة واضحة للكائن.

توسيط الكائن ، انقل المجهر إلى تكبير عالي ، عن طريق تغيير العدسة ، والحصول على صورة واضحة

رسم الكائن قيد الدراسة

الخلية - الوحدة الأولية للحياة

علم الخلية-علم الخلية.

الخلية هي وحدة من الكائنات الحية ، بفضل الكائنات الحية المضمنة في الخلية ، يحدث التمثيل الغذائي فيها ، واستخدام المعلومات البيولوجية ، وإظهار خصائص الوراثة والتنوع.

نظرية الخلية. أنواع تنظيم الخلية

1839 - صاغ شوان نظرية الخلية ، واستكملها لاحقًا شلايدون وفيرشو والعلماء المعاصرون

موضع:

توفر الخلية فقط الحياة في علاقتها الجينية الهيكلية والوظيفية. الخلية هي مصدر الحياة

تنشأ الخلية فقط نتيجة لانقسام الخلية الأم السابقة. تقوم الخلايا بتخزين المعلومات البيولوجية ، ونقلها من جيل إلى جيل ، وتخزينها ونقلها

طاقة. تحويل الطاقة إلى عمل ، وتنظيم التمثيل الغذائي.

الوحدة الهيكلية والوظيفية للجسم - الخلية

أنواع التنظيم الخلوي:

بدائيات النوى - غير نووية (البكتيريا ، الطحالب الخضراء المزرقة)

حقيقيات النوى - لها نواة (فطريات ونباتات وحيوانات)

هيكل الخلية

التركيب الجزيئي والمكونات الرئيسية للخلية

جدار الخلية - قشرة صلبة، تتكون من السكريات ، السليلوز. وظيفة الحماية.

فجوة عصارية- تجويف في السيتوبلازم ، محاط بطبقة منفصلة من الغشاء ومليء بعصارة الخلية. مخزون الفيتامينات والمعادن المواد العضوية

الجسور السيتوبلازمية- رابطات البيانات - مناطق أغشية الخلايا، الخالية من جدار الخلية ، تعمل على الاتصال بالخلايا المجاورة ، وبالتالي ضمان تبادل المواد بينها

البلاستيدات- التلوين ، التمثيل الضوئي ، الإمداد بالمغذيات

السيتوبلازم- وسط لعضيات الخلية ، محلول غرواني من البروتينات والدهون والأحماض النووية. حركة عضيات الخلية

جوهر- لديها المغلف النوويوالمسام التي يحدث من خلالها التمثيل الغذائي. يخزن المعلومات الوراثية. الوظيفة: انقسام الخلايا

الميتوكوندريا- عضيات ثنائية الغشاء - لها كرستيات على الغشاء الداخلي. الوظيفة: التنفس ، مركز الطاقة.

EPS - سلس- تخليق البروتين خشن (حبيبي)- الدهون والكربوهيدرات ،

الجسيمات الحالة - الوظيفة - التحلل الذاتي

جهاز جولجي- تكوين الجسيمات ، عضوي الخلية ؛ نظام من الأنابيب والحويصلات و "الصهاريج" التي تحددها الأغشية.

تقع في سيتوبلازم الخلية. يشارك في عمليات التمثيل الغذائي ، وضمان نقل المواد من بيئةفي السيتوبلازم وبين الهياكل الفردية داخل الخلايا.

أهداب- نواتج خيطية رفيعة تشبه الشعيرات قادرة على أداء الحركات. سمة من سمات infusoria ، الديدان الهدبية، في الفقاريات والبشر - للخلايا الظهارية الجهاز التنفسي، قنوات البيض ، الرحم.

الأسواط- النواتج السيتوبلازمية المتنقلة الخيطية للخلية ، والتي تتميز بالعديد من البكتيريا ، وجميع الأسواط ، والأبواغ الحيوانية ، والحيوانات المنوية من الحيوانات والنباتات. أنها تعمل على التحرك في وسط سائل.

أنابيب مجهرية- الهياكل البروتينية داخل الخلايا التي تشكل الهيكل الخلوي. وهي عبارة عن أسطوانات مجوفة يبلغ قطرها 25 نانومتر. تلعب الأنابيب الدقيقة دورًا في الخلايا مركبات اساسيهوتشارك في العديد من العمليات الخلوية ، بما في ذلك الانقسام ، والحركة الخلوية ، والنقل الحويصلي.

الميكروفيلامين(MF) - خيوط تتكون من جزيئات بروتينية وموجودة في سيتوبلازم جميع الخلايا حقيقية النواة. يبلغ قطرها حوالي 6-8 نانومتر.

الكروموسومات – العناصر الهيكلية نواة الخليةيحتوي على DNA ، والذي يحتوي على المعلومات الوراثية للكائن الحي.

السناجب

- في التركيب: بسيط (فقط من الأحماض الأمينية) ، معقد (بالإضافة إلى الأحماض الأمينية والمركبات العضوية الأخرى

ملامح التنظيم المكاني للبروتينات

الهيكل الأساسي للبروتين -إنها سلسلة خطية من الأحماض الأمينية مرتبة في تسلسل معين ومترابطة بواسطة روابط الببتيد.

التركيب الثانوي للبروتينأدنى مستوى من التنظيم المكاني للبروتين. شظايا من التركيب المكاني للبوليمر الحيوي الذي له بنية دورية من العمود الفقري للبوليمر.

α - الحلزون -يتم لف العمود الفقري لسلسلة الببتيد حلزوني- بحيث تواجه جذور الأحماض الأمينية الخارج من اللولب

β - حلزون- العمود الفقري لسلاسل الببتيد ليست ملتوية ، ولكن لها شكل متعرج مطوي

يتم تحديد الهيكل من خلال الهيكل الأساسي للبروتين. محتجز بواسطة روابط هيدروجينية

البنية الثلاثية للبروتين- تكوين رابطة كروية بروتينية بين جذور الأحماض الأمينية. طي كامل في الفضاء لسلسلة البولي ببتيد بأكملها ، بما في ذلك طي الجذور الجانبية. روابط ثاني كبريتيد ، أيوني ، هيدروجين ، كارهة للماء. اكتساب وظيفة النشاط بواسطة البروتين.

هيكل التنقل- أهم طريقة لتغيير النشاط البيولوجي.

التركيب الرباعي للبروتين-يتكون من عدة وحدات فرعية ، لا يمكن أن يحدث ارتباط الوحدات الفرعية إلا بعد تكوين بنية ثلاثية. على سبيل المثال ، الهيموغلوبين ، الغلوبولين المناعي

العوامل التي تحدد التركيب المكاني للبروتينات

تكمن المعلومات حول البنية الثلاثية في هيكلها الأساسي ، أي تسلسل الأحماض الأمينية لسلسلة الببتيد. يحدث تكوين البنية الثلاثية للبروتين بشكل مستقل

يتكون الهيكل الرباعي من:

يجاندس-تؤثر على بنية البروتين ، وتثبيتها ، وتغيير البنية الثلاثية ، وتوحيد الكريات ، وتوفير التنقل لوحدات البروتين الفرعية

الوصيفاتتوفير الطي الصحيح للبروتينات المشكلة حديثًا ، والتحكم في إعادة الطي ، والمشاركة في النقل داخل الخلايا للبروتينات.

هناك روابط تقوم بتغيير الهيكل الثلاثي.

المهام:

البناء (كاروتين ، كولاجين) ، تشارك بشكل مباشر في بناء الأغشية والهيكل الخلوي

النقل (الهيموغلوبين ، ATPase)

المحرك (الأكتين والميوسين) ،

طاقة،

وقائي (الغلوبولين المناعي ، مضاد للفيروسات) ،

تنظيمية (الأنسولين ، هيستون ، الكابتات) ،

مستقبلات (رودوبسين ، كيلينو - مستقبلات) ،

حفاز (ريبونوكلياز ، DNA ، RNA بوليميراز)

الأنزيمية. جميع الإنزيمات عبارة عن بروتينات.

ملكيات:

1. متفرقات الذوبانفي الماء. تشكل البروتينات القابلة للذوبان محاليل غروانية. 2. التحلل المائي- تحت تأثير محاليل الأحماض المعدنية أو الإنزيمات ، يتم تدمير البنية الأولية للبروتين وتشكيل خليط من الأحماض الأمينية. 3. تمسخ-فقدان جزيء البروتين ، التنظيم الهيكلي (من اللات. تفسد - لفقدان الخصائص الطبيعية)

يحدث التمسخ تحت تأثير: - ارتفاع درجة الحرارة - محاليل الأحماض والقلويات ومحاليل الملح المركزة - محاليل أملاح المعادن الثقيلة - بعض المواد العضوية (الفورمالديهايد ، الفينول) - الإشعاع المشع

تجفيف

تغيير بيئة PH

إعادة التشبع -استعادة بنية البروتين حتى يتم تدمير الهيكل الأساسي للجزيء واستعادة الظروف البيئية الطبيعية.

مراحل التكوين:

النسخ- كتابة المعلومات من DNA ، حول بنية البروتين ، إلى i-RNA.

إذاعة-تشكيل التركيب الأساسي للبروتين ، تخليق بولي ببتيد (سيتوبلازم الريبوسوم)

قابلة للطي -طي سلسلة الببتيد إلى هيكل ثلاثي الأبعاد

تعديل -التعلق بمكونات الكربوهيدرات ، أكسدة بعض بقايا الأحماض الأمينية (للبروتينات المعقدة)

هيكل الحمض النووي

الحمض النووي هو الأساس الكيميائي للجينات ، حيث تتركز المعلومات الوراثية للكائن الحي.

في قلب علم الكيمياء. يعتمد تركيب الأحماض النووية على المبدأ العام:

احماض نووية- الركيزة المادية للوراثة والتنوع ، البوليمرات الحيوية المعلوماتية التي تشفر مجموعة فردية من البرنامج الجيني. تتكون من نيوكليوتيدات (نيوكليوتيدات الحمض النووي ، نوكليوتيد الحمض النووي الريبي) - بوليمرات حيوية ، مونومرات ، وهي النيوكليوتيدات (المكتشفة عام 1868 - ميشر)يتكون النيوكليوتيد من: 1) قاعدة نيتروجينية. 2) السكر 3) بقايا حامض الفوسفوريك.

سمة من سمات التنظيم الهيكلي للحمض النووي:

يحتوي جزيء الحمض النووي على: أ) الهيكل الأساسيسلسلة واحدة من عديد النوكليوتيدات لها نهايتان. ابدأ 5 "وانتهى 3". يتكون عديد النوكليوتيد بواسطة رابطة ديستر الفوسفوريكب) الهيكل الثانوي: 2 سلاسل عديد النوكليوتيد تكميلية ومضادة للتوازي مترابطة بواسطة روابط هيدروجينية ؛ في) البنية الثلاثية للحمض النووي: حلزون ثلاثي الأبعاد لجزيء الحمض النووي ، والذي يتكون من خيطين ملتويين حول محوره.

قطر اللولب 2 نانومتر طول الملعب 3.4 نانومتر يحتوي كل دور على 10 أزواج قاعدية

خصائص ووظائف الحمض النووي

تشتمل الجزيئات على سلسلتين عديد النوكليوتيد مترابطتين بطريقة معينة. الأدينين - الثايمين - رابطة هيدروجينية مزدوجةجوانين - سيتوزين - رابطة هيدروجينية ثلاثية

A، G - Purine - حلقة بنزين واحدة

T ، C - وسيط - حلقتان بنزين.مهم جدا!

الجمع بين سلسلتين عديد النوكليوتيد في جزيء DNA: التماثلسلاسل عديد النوكليوتيد. يتم توصيل نهاية سلسلة واحدة بطول 5 بوصات بطرف 3 بوصات من السلسلة الأخرى

يخضع تكوين النيوكليوتيدات في الحمض النووي لقواعد Chargaff - تكامل سلاسل الحلزون المزدوج

يوجد في شكلين: شكل B الحلزون الأيمن ، شكل اللولب الأيسر على شكل Z ، شكل DNA-B الطبيعي في الغالب

تحمل قابلية التحمل للتحولات التوافقية (من النموذج B إلى الشكل Z في ظل ظروف معينة)

خصائص الحمض النووي:

النسخ المتماثل (المضاعفة الذاتية) - يمر بطريقة شبه محافظة.

جبر (استرداد)

وظيفة:تخزين ونقل المعلومات الوراثية

ملامح هيكل الحمض النووي للميتوكوندريا

تقع المعلومات الوراثية في خلية حقيقية النواة بشكل أساسي في النواة بنسبة 99.5٪ ، وهذا ما يسمى المعلومات الوراثية النووية. يقع جزء آخر من الحمض النووي 0.5٪ في السيتوبلازم في الميتوكوندريا.

بفضل ميتوكوندريا الحمض النووي ، يتم تصنيع بروتينات الميتوكوندريا ، ويمكن أن تكون مصدرًا للأمراض الوراثية مع حدوث طفرات في الحمض النووي للميتوكوندريا.

الحمض النووي للميتوكوندريالا يرتبط بالبروتينات ("العارية") ، المرتبطة بالغشاء الداخلي للميتوكوندريا ويحمل معلومات حول بنية حوالي 30 بروتينًا. هناك حاجة إلى العديد من البروتينات لبناء ميتوكوندريا ، لذلك توجد معلومات حول معظم بروتينات الميتوكوندريا في الحمض النووي النووي ، ويتم تصنيع هذه البروتينات في سيتوبلازم الخلية. الميتوكوندريا قادرة على التكاثر بشكل مستقل عن طريق الانقسام إلى قسمين بمساعدة الحمض النووي. يوجد بين الأغشية الخارجية والداخلية خزان بروتون حيث يتراكم H +.

الطرق الرئيسية لنقل المعلومات الوراثية.

معلومات وراثية -مخزنة في جزيئات الحمض النووي.

معلومات وراثيةإنه دليل للتطور الطبيعي للخلية ووظيفتها. دور الوسيط يتم نقل المعلومات الوراثية بواسطة RNAبفضل RNA يتم اشتقاق المعلومات الوراثية من النواة إلى السيتوبلازم ويتم تحقيقها في شكل بروتين معين.

تكرار الحمض النووي. مراحل التكرار

تكرار -يسير بطريقة شبه محافظة. لتكرار سلسلة DNA الأصل ، يجب أن تنفصل السلاسل عن بعضها البعض ، وتصبح كل سلسلة منفصلة مصفوفة (مصفوفة) ، يتم فيها تصنيع سلاسل مكملة لجزيئات DNA الابنة.

بعد كل انقسام للخلية الأم وتكرار الحمض النووي الخاص بها ، تحتوي الخلايا الوليدة على جزيء DNA يتكون من حبلا الأم وحبل الابنة المركب حديثًا.

من أجل حدوث النسخ المتماثل ، هناك ما يسمى بمناطق المنشأ أوري على جزيئات الحمض النووي ، وهي تشتمل على تسلسل يتكون من 300 زوج من النوكليوتيدات يتم التعرف عليها بواسطة بروتينات معينة.

ينقسم اللولب المزدوج للحمض النووي في هذه المناطق إلى سلسلتين ، ويتم تشكيل شوكات النسخ المتماثل التي تتحرك في اتجاهين متعاكسين من منطقة أوري ، ويتكون هيكل بين شوكات النسخ - يسمى عين النسخ.

بمساعدة انزيم هليكازات تكسر روابط الهيدروجينوالحلزون المزدوج للحمض النووي يريحفي نقاط منشأ نقاط النسخ أو.

الخيوط المفردة الناتجة من الحمض النووي مرتبطة بخصوصية البروتينات المزعزعة للاستقرار، أيّ شد النوىخيوط الحمض النووي ، مما يجعلها متاحة للارتباط بالنيوكليوتيدات التكميلية.

على كل من السلاسل في منطقة شوكة النسخ بمشاركة الإنزيم بوليميريز الحمض النووييقوم بتفيذ توليف السلاسل التكميلية.

انفصال، سلاسل ملتوية حلزونية ، DNA الوالدين بمساعدة إنزيم هليكازاتالأسباب ظهور الفائق. لكن بفضل الإنزيمات توبويزوميراز الحمض النووي، أيّ يقطعأحد خيوط الحمض النووي تخفيف التوتر،المتراكمة في حبلا الحمض النووي المزدوج.

لا يزال في التوليف في عملية النسخ المتماثل ligase DNAالخامس التطريزشرائح فردية من الحمض النووي في خيط واحد. يمكن أن يكون على نفس جزيء الحمض النووي في نفس الوقت نقاط متعددةأوري – تسريع عملية التوليف.

في كل عين تكرار ، يبدأون في العمل 2 مجمعات إنزيمية:

يتحرك المجمع في اتجاه واحد

في المقابل

المركب الأنزيميتعمل بطريقة تجعل إحدى السلاسل التي تم تصنيعها بواسطتها تنمو مع بعض الرصاص - قيادة

والثاني يتخلف - تأخير

إنزيم بوليميريز الحمض النووييقوم بتفيذ توليف متعدد النوكليوتيد من 5 "ل3 "نهاية. تدريجيًا ، تطول السلسلة ، تسمى هذه السلسلة قيادة.في سلسلة أخرى توليف السلسلة الثانيةيتم حمل الحمض النووي في أجزاء قصيرة ، ويطلق عليها شظايا القوزاق.في اتجاه من 5” ل3 "حسب نوع الخياطةالعودة بإبرة. تحتوي شظايا كاكاكي على من 1000 إلى 2000 نيوكليوتيد في بدائيات النوى ، في حقيقيات النوى من 100 إلى 200.

تركيب مثل هذا الجزء مسبوق بالتشكيل التمهيدي RNA، حوالي 10 نيوكليوتيدات طويلة.

بمساعدة انزيم ligases DNA، يتم تشكيل جزء ، متصل بالجزء السابق ، بعد إزالة التمهيدي RNA.

خطوات النسخ المتماثل:

تحضير

نمو حبلا مع بوليميراز DNA و RNA

عبر ربط المقاطع الفردية- DNA ligase

الخصائص العامةالخلايا

التركيب الكيميائيالخلايا

الخصائص العامة للخلية

تختلف الخلايا عن بعضها البعض في الحجم والشكل والوظيفة والعمر الافتراضي. لذلك تختلف أحجام الخلايا من 0.2-0.25 ميكرون (بعض البكتيريا) إلى 155 ملم (بيضة نعام في القشرة). يبلغ قطر معظم الخلايا حقيقية النواة من 10 إلى 100 ميكرومتر. في الشكل ، تكون الخلايا كروية ، بيضاوية ، مكعبة ، موشورية ، نجمية ، على شكل قرص ، مع عمليات مختلفة ، وغيرها. يعتمد شكل الخلية على وظيفتها. تؤدي الخلايا أداءً في الكائن متعدد الخلايا وظائف مختلفة: بعض الخلايا تصنع إنزيمات هضمية أو هرمونات ، والبعض الآخر يمتص ويهضم الميكروبات وغيرها أجسام غريبة، يقوم البعض الآخر بنقل الأكسجين من الرئتين إلى الأنسجة ، وما إلى ذلك ، وهكذا ، فإن خلايا الفقاريات لديها حوالي 200 نوع من التخصصات. العديد من الخلايا متعددة الوظائف. على سبيل المثال ، تصنع خلايا الكبد العديد من بروتينات بلازما الدم والصفراء ، وتجمع الجليكوجين وتحوله إلى جلوكوز ، وتؤكسد المواد الغريبة. اعتمادًا على تخصصها ، تمتلك الخلايا مدة مختلفةحياة. لذلك في البشر ، الحد الأدنى لعمر الخلايا هو يوم إلى يومين (خلايا ظهارة الأمعاء) , والحد الأقصى يتوافق مع مدى الحياة (الخلايا العصبية).

على الرغم من التنوع الكبير ، تمتلك الخلايا السمات المشتركةالبنايات. تتكون الخلية من ثلاثة أجزاء رئيسية: غشاء البلازما ، السيتوبلازمو جوهر. السيتوبلازمتشكل الجزء الرئيسي من الخلية وهي بيئة داخلية شبه سائلة للخلايا ولها بنية فيزيائية كيميائية معقدة. يحتوي السيتوبلازم على ماء ، أحماض أمينية ، بروتينات ، كربوهيدرات ، ATP ، أيونات مواد غير عضوية(تسود البروتينات). ينقسم السيتوبلازم إلى ثلاثة أجزاء: الهيالوبلازم والعضيات والادراج. الهيالوبلازم- المرحلة السائلة اللزجة من سيتوبلازم الخلية. العضيات(الأعضاء الصغيرة) - مكونات دائمة متخصصة من السيتوبلازم ، والتي لها بنية أو أخرى وتؤدي وظائف مختلفة في حياة الخلية. جميع عضيات الخلية مترابطة بشكل وثيق. توجد العضيات العالمية للخلايا حقيقية النواة في النواة - الكروموسومات، في السيتوبلازم الميتوكوندريا ، الشبكة الإندوبلازمية ، مجمع جولجي ، الجسيمات الحالة.في العديد من الخلايا ، توجد أيضًا هياكل غشائية تساعد في الحفاظ على شكل الخلية - الأنابيب الدقيقة ، الألياف الدقيقةوإلخ. الادراج- مكونات اختيارية (رواسب المواد الاحتياطية أو المنتجات الأيضية). العضيات من نوعين: الغشاء (الجسيمات الحالة ، الديكتوسومات ، الشبكة الإندوبلازمية ، الميتوكوندريا ، فجوات الخلايا النباتية ، البلاستيدات) وغير الغشائية (الريبوسومات ، المريكزات ، الأنابيب الدقيقة ، الأهداب والسوط).

وظائف السيتوبلازم:

1. ضمان تفاعل جميع العضيات.

2. عمليات التمثيل الغذائي الرئيسية تجري فيه.

يستثني السمات المشتركةفي الهيكل ، الخلايا لها رقم الخصائص المشتركة. وتشمل هذه الحركة والتهيج والتمثيل الغذائيو التكاثر.

إمكانية التنقليتجلى في أشكال مختلفة:

1) حركة داخل الخلاياالسيتوبلازم الخلوي.

2) حركة الأميبا.يتم التعبير عن هذا الشكل من الحركة في تكوين الأرجل الكاذبة بواسطة السيتوبلازم تجاه محفز أو آخر أو بعيدًا عنه. هذا الشكل من الحركة متأصل في الأميبا ، وكريات الدم البيضاء ، وكذلك بعض خلايا الأنسجة.

3) حركة الخفقان.يتجلى في شكل دقات من النواتج البروتوبلازمية الصغيرة - الأهداب والسوط. متأصلة في ciliates ، الخلايا الظهارية للحيوانات متعددة الخلايا ، الحيوانات المنوية ، إلخ.

4) حركة الانكماش.يتم توفيره بسبب وجود عضو عضوي خاص من اللييفات العضلية في السيتوبلازم ، حيث يساهم تقصير أو إطالة في تقلص الخلية واسترخاءها. تتطور القدرة على الانقباض بشكل أكبر في خلايا العضلات.

التهيجيعبر عن قدرة الخلايا على الاستجابة للتهيج عن طريق تغيير التمثيل الغذائي والطاقة.

الاسْتِقْلابيشمل جميع تحولات المادة والطاقة التي تحدث في الخلايا.

التكاثرإحدى الوظائف الرئيسية المميزة للكائنات الحية بشكل عام والخلايا بشكل خاص. يتم توفير التكاثر من خلال قدرة الخلية على الانقسام وتشكيل الخلايا الوليدة (فقدت بعض الخلايا شديدة التمايز هذه القدرة). القدرة على إعادة إنتاج نفسها هي التي تسمح لنا باعتبار الخلايا أصغر وحدات الحياة. الوحدات الأصغر من هذه الخصائص لا تظهر. كتب R.Virchow: "الخلية هي الأخيرة العنصر المورفولوجيلجميع الأجسام الحية ، وليس لدينا الحق في السعي وراء نشاط الحياة الواقعية خارجها. (1858).

ملامح هيكل الخلايا الكائنات الحية المختلفة

الجميع الكائنات الحية المعروفةتنقسم إلى مجموعتين: بدائيات النوىو حقيقيات النواة.ل بدائيات النوىيتصل البكتيريا (بكتيريا eubacteria والبكتيريا الأثرية)أ إلى حقيقيات النواة – الفطر والنباتاتو الحيوانات،معظمها كائنات متعددة الخلايا وقليل منها أحادي الخلية. الاختلافات بين بدائيات النوى وحقيقيات النوى كبيرة جدًا لدرجة أنها في نظام الكائنات الحية تتميز بملكيات عظمى.

حقيقيات النواة(من اليونانية eu - جيدة ، تمامًا واليونانية karyon - core) - الكائنات الحية التي تحتوي خلاياها على نوى مشكلة. تشمل حقيقيات النوى جميع الحيوانات والنباتات العليا وكذلك الطحالب أحادية الخلية ومتعددة الخلايا والفطريات والأوليات.

بدائيات النوى(من اللاتينية pro - before ، before ، والنواة اليونانية karyon) - الكائنات الحية التي لا تحتوي خلاياها على نواة محدودة بغشاء. نظير النواة هو نووي ، يتكون من جزيء DNA دائري مرتبط بكمية صغيرة من البروتين. تحتوي الخلايا بدائية النواة على غلاف واقي صلب (جدار خلوي) ، يوجد تحته غشاء بلازما. عادة ما يشكل غشاء البلازما نتوءات في السيتوبلازم - الميزوزومات.توجد إنزيمات الأكسدة والاختزال على أغشية الميزوزومات ، وفي بدائيات النوى الضوئية ، الأصباغ المقابلة (جرثومي كلوروفيل ، كلوروفيل ، فيكوسيانين). نتيجة لهذا ، فإن هذه الأغشية قادرة على أداء وظائف الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء والعضيات الأخرى. في الوقت نفسه ، لا توجد في بدائيات النوى البلاستيدات الخضراء ، والميتوكوندريا ، والجسيمات الحالة ، ومركب جولجي ، والشبكة الإندوبلازمية المتأصلة في الخلايا حقيقية النواة. البكتيريا صغيرة جدًا ويمكن أن تتكاثر بسرعة عن طريق الانشطار الثنائي البسيط (الانقسام الفتيلي غائب في بدائيات النوى). في الظروف المثلىخلية بدائية النواة قادرة على الانقسام كل 20 دقيقة. نظرًا لمعدل التكاثر السريع ، تتكيف المجموعات البكتيرية بسرعة مع التغيرات البيئية وتحتل جميع المنافذ البيئية الممكنة في الطبيعة (التربة ، الماء ، الهواء ، المستنقعات ، أعماق المحيطات ، الينابيع الساخنة ، إلخ).

وبالتالي ، فإن الاختلافات الرئيسية بين حقيقيات النوى وبدائيات النوى هي:

1) وجود نواة.هذه هو الاكثر اهمية السمة المميزةالخلايا حقيقية النواة.

2) مقاس.خلايا بدائية النواة صغيرة جدًا (حوالي 1 ميكرون). حجم الخلايا حقيقية النواة التي تحتوي على نواة كاملة هو 800-1000 مرة أكبر من حجم الخلايا بدائية النواة.

3) السمات الهيكلية للحمض النووي.الحمض النووي حقيقيات النوى عبارة عن جزيئات خطية طويلة جدًا (من 10 7 إلى أكثر من 10 10 أزواج قاعدية). يتم توطينها في النواة ، وترتبط بالهيستونات ، وتشمل مناطق غير مشفرة ( الإنترونات). على العكس من ذلك ، فإن DNA بدائية النواة هي جزيئات دائرية أقصر (حتى 5-10 6 أزواج قاعدية) موجودة في السيتوبلازم وبدون إنترونات.

4) تخصص.تعد هياكل ووظائف الخلايا حقيقية النواة أكثر تعقيدًا وأكثر تخصصًا من هياكل ووظائف الخلايا بدائية النواة. الخلايا حقيقية النواةتتكون من أقسام متخصصة - عضيات.

تؤدي العضيات وظائف محددة في حياة الخلية. خلايا بدائية النواةلديها نظام غشاء واحد ، بما في ذلك غشاء البلازما ونواتج مختلفة منه ، وغالبًا ما يؤدي وظائف محددة.

5) التفكك المكاني للـ RNA وعمليات تخليق البروتين.في حقيقيات النوى ، تتدفق إلى مختلف الإداراتلا تعتمد خلايا وآليات تنظيمها على بعضها البعض. في بدائيات النوى ، على العكس من ذلك ، تكون هذه العمليات أبسط ومترابطة.

وفق الأفكار الحديثة، بدائيات النوى ، جنبًا إلى جنب مع أسلاف حقيقيات النوى ، هي من بين أقدم الكائنات الحية ولديها الأصل المشترك. تكمن الحجة المؤيدة للأصل المشترك للخلايا بدائية النواة وحقيقية النواة في التشابه الأساسي لجهازها الوراثي.

الاختلافات بين الخلايا النباتية والحيوانية.تحتوي الخلية النباتية على جدار خارجي من السليلوز ومواد أخرى أعلى الغشاء. غشاء الخلية عبارة عن إطار وقائي خارجي ، يوفر انتفاخًا للخلايا النباتية ويمرر الماء والأملاح وجزيئات العديد من المواد العضوية. جدار الخليةالنباتات والبكتيريا والبكتيريا الزرقاء تتداخل مع البلعمة وبالتالي فهي لا تعاني من البلعمة عمليًا. ترتبط الخلايا النباتية باستخدام قنوات خاصة مليئة بالسيتوبلازم ومحدودة بغشاء البلازما. من خلال هذه القنوات المارة جدران الخلايا، من خلية إلى أخرى العناصر الغذائيةوالأيونات والمركبات الأخرى.

الخلايا الحيوانية التي تتشكل الأقمشة المختلفة(ظهارية ، عضلية ، إلخ) ، متصلة ببعضها البعض بواسطة غشاء بلازما. عند المفاصل ، تتشكل ثنيات أو نتوءات ، مما يمنح المفاصل قوة خاصة. في معظم الخلايا (خاصة الحيوانات) الجانب الخارجيالغشاء مغطى بطبقة من السكريات والبروتينات السكرية (glycocalix). Glycocalyx هو طبقة رقيقة جدًا ومرنة (غير مرئية تحت المجهر الضوئي). يؤدي glycocalyx ، مثل جدار السليلوز للنباتات ، في المقام الأول وظيفة الاتصال المباشر للخلايا مع بيئة خارجية. ومع ذلك ، على عكس جدار النبات ، فإنه لا يحتوي على وظيفة داعمة. قطع أراضي منفصلةيمكن أن تتمايز الأغشية و glycocalyx وتتحول إلى ميكروفيلي (عادة على سطح الخلية الملامس للبيئة) ؛ الاتصالات بين الخلايا والوصلات بين خلايا الأنسجة التي لديها هيكل مختلف. يلعب بعضها دورًا ميكانيكيًا (اتصالات بين الخلايا) ، بينما يشارك البعض الآخر في بين الخلايا عمليات التمثيل الغذائيعن طريق تغيير الجهد الكهربائي للغشاء.

تتكون جميع الكائنات الحية من خلايا. خليةهو الابتدائية نظام المعيشة- أساس بنية وحياة جميع الحيوانات والنباتات. يمكن أن توجد الخلايا ككائنات مستقلة (على سبيل المثال ، الكائنات الأولية والبكتيريا) وكجزء من الكائنات الحية متعددة الخلايا. تتراوح أحجام الخلايا من 0.1-0.25 ميكرومتر (بعض البكتيريا) إلى 155 مم (بيضة نعام في القشرة).

الخلية قادرة على التغذية والنمو والتكاثر ، ونتيجة لذلك يمكن اعتبارها كائنًا حيًا. هذا نوع من ذرة الأنظمة الحية. الأجزاء المكونة لها خالية من الكليات الحيوية. يمكن للخلايا المعزولة من أنسجة مختلفة من الكائنات الحية الموضوعة في وسط غذائي خاص أن تنمو وتتكاثر. تُستخدم قدرة الخلايا هذه على نطاق واسع للأغراض البحثية والتطبيقية.

تم اقتراح مصطلح "خلية" لأول مرة في عام 1665 من قبل عالم الطبيعة الإنجليزي روبرت هوك (1635-1703) لوصف التركيب الخلوي لقسم من الفلين لوحظ تحت المجهر. إن القول بأن جميع الأنسجة الحيوانية والنباتية تتكون من خلايا هو جوهر نظرية الخلية. في الإثبات التجريبي لنظرية الخلية دور مهمتم عرض أعمال عالم النبات الألماني ماتياس شلايدن (1804-1881) وتيودور شوان (1810-1882).

على الرغم من التنوع الكبير والاختلافات الكبيرة في مظهروالوظائف ، تتكون جميع الخلايا من ثلاثة أجزاء رئيسية - غشاء بلازمي, يتحكم في نقل المواد من البيئة إلى الخلية والعكس صحيح ، السيتوبلازممع هياكل متنوعة و نواة الخلية, تحتوي على ناقل للمعلومات الجينية (انظر الشكل 7.7). كل الحيوانات والبعض زرع الخلايايحتوي المريكزون- تشكل الهياكل الأسطوانية التي يبلغ قطرها حوالي 0.15 ميكرون مراكز الخلايا. عادة ما تكون الخلايا النباتية محاطة بغشاء - جدار الخلية.بالإضافة إلى أنها تحتوي على البلاستيدات- العضيات السيتوبلازمية (هياكل خلوية متخصصة) ، وغالبًا ما تحتوي على أصباغ تحدد لونها.

تحيط بالخلية غشاءيتكون من طبقتين من جزيئات المواد الشبيهة بالدهون ، وبينهما جزيئات من البروتينات. الوظيفة الأساسيةالخلايا - لضمان حركة مواد محددة جيدًا في الاتجاهين الأمامي والخلفي لها. على وجه الخصوص ، يدعم الغشاء تركيز طبيعيبعض الأملاح داخل الخلية وتلعب دورًا مهمًا في حياتها: في حالة تلف الغشاء ، تموت الخلية على الفور ، بينما بدون بعض المكونات الهيكلية الأخرى ، يمكن أن تستمر حياة الخلية لبعض الوقت. أول علامة على موت الخلية هي بداية التغيرات في نفاذية غشاءها الخارجي.

يوجد داخل غشاء البلازما للخلية السيتوبلازمتحتوي على الماء محلول ملحيمع الإنزيمات القابلة للذوبان والمعلقة (كما في أنسجة العضلات) ومواد أخرى. يحتوي السيتوبلازم على أنواع مختلفة العضيات -أعضاء صغيرة محاطة بأغشيتها. تشمل العضيات ، على سبيل المثال ، الميتوكوندريا -تكوينات تشبه الكيس مع إنزيمات تنفسية. يحولون السكر ويطلقون الطاقة. يوجد في السيتوبلازم أيضًا أجسام صغيرة - الريبوسوميتكون من البروتين والحمض النووي (RNA) ، بمساعدة تخليق البروتين. البيئة داخل الخلايا لزجة تمامًا ، على الرغم من أن 65-85٪ من كتلة الخلية عبارة عن ماء.

تحتوي جميع الخلايا القابلة للحياة ، باستثناء البكتيريا جوهروفيه - الكروموسومات- أجسام خيطية طويلة ، تتكون من حمض الديوكسي ريبونوكلييك والبروتين المرتبط به.

تنمو الخلايا وتتكاثر عن طريق الانقسام إلى خليتين ابنتيتين. عندما تنقسم الخلية البنت ، يتم نقل مجموعة كاملة من الكروموسومات التي تحمل معلومات وراثية. لذلك ، قبل القسمة ، يتضاعف عدد الكروموسومات في الخلية ، وأثناء الانقسام ، تتلقى كل خلية ابنة مجموعة واحدة منها. تسمى عملية الانقسام الخلوي هذه ، والتي تضمن التوزيع المتماثل للمادة الوراثية بين الخلايا الوليدة الانقسام المتساوي.

ليست كل خلايا الحيوان أو النبات متعدد الخلايا متماثلة. يحدث تعديل الخلايا تدريجياً في عملية تطور الكائن الحي. يتطور كل كائن حي من خلية واحدة - البيضة ، التي تبدأ في الانقسام ، وفي النهاية يتم تكوين العديد من الخلايا المختلفة - العضلات ، والدم ، وما إلى ذلك. يتم تحديد الاختلافات في الخلايا بشكل أساسي من خلال مجموعة البروتينات التي يتم تصنيعها بواسطة هذه الخلية. وهكذا ، فإن خلايا المعدة تصنع الانزيم الهضميالبيبسين. في الخلايا الأخرى ، مثل خلايا الدماغ ، لا يتشكل. في جميع خلايا النباتات أو الحيوانات ، توجد معلومات وراثية كاملة لبناء جميع البروتينات لنوع معين من الكائنات الحية ، ولكن في خلية من كل نوع ، يتم تصنيع البروتينات التي تحتاجها فقط.

اعتمادًا على نوع الخلايا ، يتم تقسيم جميع الكائنات الحية إلى مجموعتين - بدائيات النوىو حقيقيات النواة.تشمل بدائيات النوى البكتيريا وحقيقيات النوى - جميع الكائنات الحية الأخرى: البروتوزوا والفطريات والنباتات والحيوانات. يمكن أن تكون حقيقيات النوى أحادية الخلية أو متعددة الخلايا. جسم الإنسان ، على سبيل المثال ، يتكون من 10 15 خلية.

بدائيات النوى كلها أحادية الخلية. ليس لديهم نواة محددة جيدًا: جزيئات الحمض النووي ليست محاطة بغشاء نووي وليست منظمة في الكروموسومات. يحدث انقسامهم دون الانقسام. أحجامها صغيرة نسبيًا. في الوقت نفسه ، يعتمد وراثة السمات فيها على نقل الحمض النووي إلى الخلايا الوليدة. من المفترض أن الكائنات الحية الأولى التي ظهرت منذ حوالي 3.5 مليار سنة كانت بدائيات النوى.

لو كائن وحيد الخلية، مثل البكتيريا ، لا تموت من تأثير خارجي، ثم تظل خالدة ، أي أنها لا تموت ، ولكنها تنقسم إلى خليتين جديدتين. الكائنات متعددة الخلاياعش فقط وقت محدد. تحتوي على نوعين من الخلايا: جسدي - خلايا الجسمو الخلايا الجنسية.الخلايا الجنسية ، مثل البكتيريا ، خالدة. بعد الإخصاب ، تتشكل الخلايا الجسدية ، وهي خلايا جنسية مميتة وجديدة.

تحتوي النباتات على أنسجة خاصة - ميريستيم، التي يمكن لخلاياها أن تشكل أنواعًا أخرى من الخلايا النباتية. في هذا الصدد ، الخلايا الإنشائية تشبه الخلايا الجنسية ، ومن حيث المبدأ ، فهي أيضًا خالدة. إنهم يجددون أنسجة النبات ، لذلك يمكن لبعض الأنواع النباتية أن تعيش لآلاف السنين. الحيوانات البدائية (الإسفنج وشقائق النعمان البحرية) لها قطعة قماش مماثلةويمكنهم العيش إلى أجل غير مسمى.

تنقسم الخلايا الجسدية للحيوانات العليا إلى نوعين. بعض هذه الخلايا تتضمن خلايا قصيرة العمر ولكنها تتجدد باستمرار بواسطة نوع من الأنسجة الإنشائية. وتشمل ، على سبيل المثال ، خلايا البشرة. نوع آخر يتكون من خلايا لا تنقسم في كائن بالغ ، وبالتالي لا تتجدد. إنه عصبي في المقام الأول و خلايا العضلات. هم عرضة للشيخوخة والموت.

من المقبول عمومًا أن سبب رئيسيشيخوخة الجسم - فقدان المعلومات الجينية. تتلف جزيئات الحمض النووي تدريجيًا بسبب الطفرات ، مما يؤدي إلى موت الخلايا والكائن الحي بأكمله. الأجزاء التالفة من جزيء الحمض النووي قادرة على التعافي بسبب الإنزيمات الإصلاحية. على الرغم من محدودية قدراتهم ، إلا أنهم يلعبون دورًا مهمًا في إطالة عمر الجسم.