جزوه رنگی و تایپ شده زنجیره تامین سبز
دکتر احمد اصلی زاده دانشگاه سراسری آزاد نازنین پیله وری سلماسی دانشگاه سراسری آزاد فاطمه کرک آبادی دکتر محمد فلاح,
(-). () ً ً () 
: (). سپس این پروتئین ها توسط فرآیندهای توصیف شده در فصل 13 در اندامک ها گنجانده می شوند.
تمام سلولهای یوکاریوتی برای تنظیم تقسیم خود از یک چرخه مشابه استفاده می کنند
یوکاریوت ها ، حیوانات و گیاهان تک سلولی همگی اساساً از یک چرخه سلولی یکسان استفاده می کنند ، مجموعه ای از رویدادها که سلول را برای تقسیم آماده می کند و همان روند تقسیم واقعی به نام میتوز است. چرخه سلول یوکاریوتی معمولاً به چهار مرحله تقسیم می شود (شکل21-1). کروموزوم ها و DNA حامل آنها در مرحله S (سنتز) کپی می شوند. کروموزومهای تکثیر شده در مرحله M (میتوزیک) ، که در آن سلول تقسیم می شود ، جدا می شوند و هر سلول دختر یک نسخه از هر کروموزوم را دریافت می کند. فازهای M و S توسط دو مرحله شکاف ، مرحله G1 و مرحله G2 از هم جدا می شوند ، که طی آن mRNA ها ، پروتئین ها ، لیپیدها و سایر مواد تشکیل دهنده سلول ساخته می شوند و اندازه سلول افزایش می یابد.
خلاصه کتاب کامل جزوه رایگان پی دی اف pdf زنجیره تامین سبز
شکل 21-1 در طی رشد ، تمام سلولهای یوکاریوتی به طور مداوم در چهار مرحله چرخه سلولی پیشرفت می کنند. در سلول های در حال تکثیر ، چهار مرحله از چرخه سلولی به طور متوالی پیش می روند. در انسان ، این چرخه از 10 تا 20 ساعت بستگی به نوع سلول و وضعیت رشد دارد. مخمرها خیلی سریعتر تقسیم می شوند. در طول اینترفاز ، که از مراحل G1 ، S و G2 تشکیل شده است ، سلول تقریباً جرم خود را دو برابر می کند. همانند سازی DNA در مرحله S سلول را با چهار نسخه از هر نوع کروموزوم ترک می کند. در مرحله میتوزی (M) ، کروموزوم ها به طور مساوی به دو سلول دختر تقسیم می شوند و در بیشتر موارد سیتوپلاسم تقریباً به نصف تقسیم می شود. در شرایط جزوه زنجیره تامین سبز ، مانند گرسنگی یا وقتی که یک بافت به اندازه نهایی خود رسیده است ، سلول ها دوچرخه سواری را متوقف می کنند و در حالت انتظار به نام G0 باقی می مانند. در صورت تغییر شرایط ، برخی از انواع سلولهای G0 می توانند دوباره وارد چرخه سلولی شوند.
در شرایط مطلوب ، برخی از باکتری ها مانند E. coli می توانند تقسیم شوند و هر 30 دقیقه یک بار دو سلول دختر ایجاد کنند. رشد و تقسیم بیشتر سلول های یوکاریوتی بطور قابل توجهی بیشتر طول می کشد ، به طور کلی چندین ساعت. علاوه بر این ، چرخه سلولی در یوکاریوت ها به طور معمول بیشتر تنظیم می شود (به فصل 19 مراجعه کنید). در صورت کمبود مواد مغذی ضروری یا برخی از علائم هورمونی ، این کنترل دقیق از رشد ناموزون و بیش از حد سلول ها و بافت ها جلوگیری می کند. برخی از سلول های بسیار تخصصی در حیوانات بالغ ، مانند سلول های عصبی و عضلات مخطط ، به ندرت تقسیم می شوند. با این حال ، یک ارگانیسم معمولاً سلول های فرسوده را جایگزین می کند و یا سلول های بیشتری را در پاسخ به نیاز جدید ایجاد می کند ، که نمونه آن تولید سلول های جدید عضلانی از سلول های بنیادی تمایز نیافته در پاسخ به ورزش یا آسیب است. مثال دیگر ، تشکیل گلبول های قرمز خون اضافی در هنگام صعود فرد به ارتفاع بالاتر و نیاز به ظرفیت بیشتر برای گرفتن اکسیژن است. نقص اساسی در سرطان از دست دادن توانایی کنترل رشد و تقسیم سلول ها است. در فصل 24 ما رویدادهای سلولی و مولکولی را که منجر به تکثیر نامناسب و کنترل نشده سلول می شود ، بررسی می کنیم.
1.4 ارگانیسم های مدل تک سلولی یوکاریوتی
درک فعلی ما از عملکرد مولکولی سلول های یوکاریوتی تا حد زیادی به مطالعات فقط چند نوع ارگانیسم بستگی دارد ، که موجودات ارگانیک مدل نامیده می شوند (شکل22-1). به دلیل حفاظت تکاملی ژن ها ، پروتئین ها ، اندامک ها ، انواع سلول ها و موارد دیگر ، اکتشافات مربوط به ساختارهای بیولوژیکی و عملکردهای بدست آمده با یک ارگانیسم آزمایشی اغلب در مورد سایر افراد اعمال می شود. بنابراین محققان به طور كلی مطالعاتی را با ارگانیسم انجام می دهند كه برای پاسخگویی سریع و كامل به سوال مطرح شده مناسب تر است ، زیرا می دانند نتایج بدست آمده در یك ارگانیسم به طور گسترده قابل استفاده است. در واقع ، بسیاری از ارگانیسم ها ، به ویژه موش ها ، قورباغه ها ، جوجه تیغی های دریایی ، مرغ ها و کپک های لجن ، برای تحقیقات زیست سلولی بسیار ارزشمند بوده و هستند. از آنجا که تعداد بیشتری از موجودات ، کل ژنوم خود را توالی می یابند ، طیف گسترده ای از گونه های دیگر به طور فزاینده ای برای تحقیقات جزوه زنجیره تامین سبز می شود ، به ویژه برای مطالعات تکامل ژن ها ، سلول ها و ارگانیسم ها و نحوه سازگاری ارگانیسم ها با طیف های مختلف زیست محیطی.
زنجیره تامین سبز
همانطور که دیدیم ، باکتری ها مدل های بسیار خوبی برای مطالعات چندین عملکرد سلولی هستند ، اما فاقد اندامک های موجود در یوکاریوت ها هستند. یوکاریوت های تک سلولی مانند مخمرها برای بررسی بسیاری از جنبه های اساسی ساختار و عملکرد سلول یوکاریوتی استفاده می شود. مدل های متازوان مانند کرم گرد ، مگس میوه و موش برای مطالعه بافت های پیچیده تر و سیستم های اندام و توسعه مورد نیاز است. همانطور که در این فصل و فصل بعدی خواهیم دید ، چندین ارگانیسم مدل یوکاریوتی به طور گسترده ای برای درک سیستم ها و مکانیسم های سلول پیچیده استفاده می شود.
مخمرها برای بررسی جنبه های اساسی ساختار و عملکرد سلول های یوکاریوتی استفاده می شوند
ثابت شده است که یک گروه از یوکاریوت های تک سلولی ، مخمرها ، در تجزیه و تحلیل مولکولی و ژنتیکی شکل گیری و عملکرد سلول های یوکاریوتی بسیار مفید است. مخمرها و پسر عموهای چند سلولی آنها ، قالب هایی که به طور کلی قارچ ها را تشکیل می دهند ، نقش اکولوژیکی مهمی در تجزیه بقایای گیاهان و حیوانات برای استفاده مجدد دارند. آنها همچنین آنتی بیوتیک های زیادی تولید می کنند و در تولید نان ، آبجو و شراب استفاده می شوند.
مخمر رایج که برای تهیه نان و آبجو استفاده می شود ، اغلب در کتاب ساکارومایسس سرویزیه ظاهر می شود زیرا ثابت شده است که یک ارگانیسم تجربی بسیار مفید است. هومولوگ بسیاری تقریباً از 6000 پروتئین مختلف بیان شده در سلول S.cerevisiae (به جدول 2-1 مراجعه کنید) در بیشتر یوکاریوت ها یافت می شود و برای تقسیم سلولی یا عملکرد اندامک های جداگانه یوکاریوتی مهم است. بیشتر آنچه از پروتئین های شبکه آندوپلاسمی و کمپلکس گلژی که ترشح پروتئین را تقویت می کنند می دانیم ، ابتدا در مخمرها مشخص شد (به فصل 14 مراجعه کنید). مخمرها همچنین برای شناسایی بسیاری از پروتئین هایی که چرخه سلولی را تنظیم می کنند و همانند سازی و رونویسی DNA را کاتالیز می کنند ، ضروری بودند. S. cerevisiae (شکل 1-23a ؛ همچنین به شکل 1-22a نیز مراجعه کنید) و مخمرهای دیگر مزایای بسیاری را به زیست شناسان سلولی و مولکولی ارائه می دهند:
• تعداد بیشماری از سلول های مخمر را می توان به راحتی و با هزینه کم در یک سلول رشد داد. سلول های موجود در این نوع کلون ها از نظر ژنتیکی یکسان هستند و دارای خواص بیوشیمیایی یکسانی هستند. پروتئین های فردی یا کمپلکس های چند پروتئینی را می توان از مقدار زیادی سلول خالص کرد و سپس به طور دقیق مطالعه کرد.
• سلولهای مخمر ممکن است یا هاپلوئید باشند (حاوی یک نسخه از هر کروموزوم) یا دیپلوئید (حاوی دو نسخه از هر کروموزوم) ، و هر دو شکل می توانند با میتوز تقسیم شوند. این توانایی باعث می شود جهش ها در ژن های کد کننده پروتئین های سلول مخمر ضروری جدا و مشخص شوند.
• مخمرها ، مانند بسیاری از موجودات ، جزوه زنجیره تامین سبز یک چرخه جنسی هستند که امکان تبادل ژن ها را بین سلول ها فراهم می کند. در شرایط گرسنگی ، سلول های دیپلوئید تحت میوز قرار می جزوه بلورشناسی (به فصل 19 مراجعه کنید) و سلولهای دختری هاپلوئید را تشکیل می دهند که از دو نوع a و α هستند. اگر هاپلوئید a و سلول ها با یکدیگر روبرو شوند ، می توانند ذوب شوند و سلول دیپلوئید a/ α تشکیل می شود که شامل دو نسخه از هر کروموزوم ، یکی از هر سلول والد است (شکل1-23b).
شکل 22-1 هر ارگانیسم یوکاریوتی استفاده شده در زیست شناسی سلولی برای انواع خاصی از مطالعات دارای مزایایی است. (a) دارای تشکیلات سلولی یک یوکاریوت است اما یک ارگانیسم نسبتاً ساده تک سلولی است که به راحتی قابل رشد و دستکاری ژنتیکی است. (b) به طور گسترده ای برای مطالعه فتوسنتز و ساختار و عملکرد تاژک استفاده می شود. (c) تعداد کمی سلول در هر کرم به روش تقریباً یکسان مرتب شده است ، می توان تشکیل هر سلول جداگانه را جستجو کرد. (d) برای اولین بار برای کشف خواص کروموزوم ها استفاده شد ، به ویژه در شناسایی ژن هایی که رشد جنینی را کنترل می کنند بسیار ارزشمند است. بسیاری از این ژن ها از نظر تکاملی در انسان نگهداری می شوند. (e) می تواند هر قسمت از بدن را که قطع شده است ، از جمله سر و گیرنده های نوری ، دوباره تولید کند. سلول های بنیادی که سلول ها و بافت های جدید خود را به وجود می آورند به طور گسترده مورد مطالعه قرار می گیرند. (f) برای صفحات سریع ژنتیکی برای شناسایی ژن هایی که رشد مهره داران و تشکیل اندام را کنترل می کنند ، استفاده می شود. از سیستم های حیوانی آزمایشی ، (g) از نظر تکاملی نزدیک ترین انسان به انسان هستند و بنابراین مدل هایی را برای مطالعه بیماری های ژنتیکی و عفونی انسانی بی شماری فراهم کرده اند. (h) برای صفحات ژنتیکی برای شناسایی ژن های تقریباً در هر جنبه از زندگی گیاهان استفاده شده است.
با استفاده از یک گونه واحد مانند S. cerevisiae به عنوان یک ارگانیسم نمونه ، نتایج حاصل از مطالعات انجام شده توسط ده ها هزار دانشمند در سراسر جهان ، با استفاده از چندین روش تجربی ، می تواند با هم ترکیب شود. همانطور که بارها در این کتاب خواهیم دید ، جزوه زنجیره تامین سبز گیری بر اساس مطالعات S. cerevisiae اغلب برای همه یوکاریوت ها ثابت شده و پایه ای برای کاوش تکامل فرآیندهای پیچیده تر در حیوانات و گیاهان چند سلولی است.
جهش در مخمر منجر به شناسایی پروتئین های چرخه سلول اصلی می شود
مطالعات بیوشیمیایی می تواند چیزهای زیادی در مورد یک پروتئین فردی به ما بگوید ، اما آنها نمی توانند ثابت کنند که برای تقسیم سلول یا هر فرآیند سلول دیگر لازم است. اهمیت جهش پروتئینی در صورتی که جهشی که از سنتز آن جلوگیری کرده و یا آن را غیرفعال می کند ، بر روند مورد مطالعه تأثیر بگذارد ، کاملاً ثابت می شود.
در یک رویکرد ژنتیک کلاسیک ، دانشمندان جهش هایی را که توانایی انجام کاری را ندارند که ارگانیسم عادی قادر به انجام آن نیست ، جدا و مشخص می کند. اغلب صفحات بزرگ ژنتیکی برای جستجوی افراد مختلف جهش یافته (به عنوان مثال : مگس میوه ، سلول های مخمر) انجام می شود که قادر به انجام یک روند خاص مانند تقسیم سلول یا تشکیل عضله نیستند. جهش ها معمولاً با درمان با جهش زا ، یک ماده شیمیایی یا فیزیکی تولید می شوند که جهش ها را به صورت کاملاً تصادفی تقویت می کند. اما چگونه می توان ارگانیسم های جهش یافته یا سلول هایی را که در برخی فرایندها مانند تقسیم سلولی یا ترشح پروتئین معیوب هستند ، برای زنده ماندن ، منزوی و حفظ کرد؟
شکل 23-1 مخمر Saccharomyces cerevisiae می تواند هاپلوئید یا دیپلوئید باشد و از نظر جنسی یا غیرجنسی تولید مثل کند. (الف) میکروگراف الکترونی روبشی مخمر جوانه زده Saccharomyces cerevisiae. این سلولها با یک نوع غیر معمول میتوز که جوانه میتوزی نامیده می شود رشد می کنند. یک هسته دختر در سلول مادر باقی مانده است. هسته دختر دیگر به داخل جوانه منتقل می شود ، که اندازه آن رشد می کند و به زودی به عنوان سلول جدید آزاد می شود. جزوه زنجیره تامین سبز از آزاد شدن هر سلول جوانه ، جای زخمی در محل جوانه زدن باقی می ماند ، بنابراین می توان تعداد جوانه های قبلی سلول اصلی را شمرد. سلولهای نارنجی رنگ باکتری هستند. (ب) سلولهای مخمر هاپلوئید می توانند انواع مختلف جفت گیری داشته باشند که به آنها (آبی) و (نارنجی) گفته می شود. هر دو نوع حاوی یک کپی از هر کروموزوم مخمر ، نیمی از تعداد معمول است و با جوانه زدن میتوزی رشد می کند. دو سلول هاپلوئید که در نوع جفت گیری متفاوت هستند ، یک و یک می توانند با هم ادغام شوند و یک سلول دیپلوئید حاوی دو نسخه از هر کروموزوم را تشکیل دهند. سلول های دیپلوئید می توانند با جوانه زدن میتوزی تکثیر شوند. در شرایط گرسنگی ، یک سلول دیپلوئید می تواند دچار میوز ، نوع خاصی از تقسیم سلولی ، شود و چهار آسکوسپور هاپلوئید ایجاد کند. پارگی یک خاکی چهار اسپور هاپلوئید آزاد می کند ، که می توانند به سلولهای هاپلوئید a و α جوانه بزنند. این سلول ها همچنین می توانند به صورت غیرجنسی تکثیر شوند. [بخش (الف) SCIMAT / منبع علمی.]
یک راه جدا سازی ارگانیسم ها با جهش حساس به دما است. این جهش ها قادر به رشد در دمای مجاز هستند ، اما در دمای دیگری ، معمولاً بالاتر ، دمای غیر مجاز نیستند. سلولهای طبیعی می توانند در هر دو دما رشد کنند. در بیشتر موارد ، یک جهش حساس به دما پروتئین تغییر یافته ای تولید می کند که در دمای مجاز کار می کند اما باز می شود و در دمای غیر مجاز کار نمی کند. صفحات جهش های حساس به دما به راحتی با ارگانیسم های هاپلوئید مانند مخمرها انجام می شوند زیرا از هر ژن فقط یک کپی دارند و بنابراین جهش در آن بلافاصله نتیجه خواهد داشت.
با تجزیه و تحلیل اثرات جهش های مختلف حساس به دما که تقسیم سلول های مخمر هاپلوئید را تغییر داده است ، متخصصان ژنتیک بسیاری از ژن های لازم برای تقسیم سلول را بدون دانستن چیزی در ابتدا کشف کردند ، در مورد پروتئین های رمزگذاری شده یا چگونگی شرکت این پروتئین ها در روند. به طور کلی ، قدرت بزرگ ژنتیک این است که وجود و ارتباط همه پروتئین های مورد نیاز برای عملکرد سلول خاص را بدون اطلاع قبلی از هویت بیوشیمیایی یا عملکرد مولکولی آنها آشکار کند. این ژن های تعریف شده از جهش را می توان با تکنیک های DNA نوترکیبی که در فصل 6 بحث شده است ، جدا و تکثیر کرد (کلون کرد). با وجود ژن های جدا شده در دست ، پروتئین های رمزگذاری شده را می توان در یک لوله آزمایش یا در باکتری های مهندسی شده یا سلول های کشت شده تولید کرد. به این ترتیب ، بیوشیمی ها می توانند بررسی كنند كه آیا ژن های لازم برای تقسیم سلولی پروتئین هایی را كه با پروتئین های دیگر یا DNA مرتبط هستند یا واكنش های شیمیایی خاصی را در طول تقسیم سلول كاتالیز می كنند ، بررسی می كنند (به فصل 19 مراجعه كنید).
بیشتر این ژن های چرخه سلولی مخمر در سلول های انسانی نیز یافت می شوند و پروتئین های رمزگذاری شده توالی اسیدهای آمینه مشابه دارند. گفته می شود که پروتئین های موجودات مختلف ، اما با توالی اسیدهای آمینه مشابه ، همولوگ هستند. این پروتئین ها ممکن است عملکردهای مشابه یا مشابهی داشته باشند. ، نشان داده شده است که یک پروتئین چرخه سلولی انسانی ، هنگامی که در یک مخمر جهش یافته معیوب در پروتئین مخمر همولوگ بیان شود ، قادر به جزوه زنجیره تامین سبز مخمر جهش یافته است (یعنی اجازه می دهد سلول به طور طبیعی رشد کند). این نتیجه آزمایشی ، که جایزه نوبل را برای پل پرستار به دست آورد ، به ویژه قابل توجه بود زیرا تصور می شود که جد مشترک مخمرها ، گیاهان و انسان های امروزی بیش از یک میلیارد سال پیش زندگی می کرده است. واضح است که چرخه سلولی یوکاریوتی و بسیاری از ژن ها و پروتئین هایی که آن را کاتالیز و تنظیم می کنند در اوایل تکامل بیولوژیکی تکامل یافته و در طی یک دوره بسیار طولانی از زمان تکامل کاملا ثابت مانده است. مطالعات بعدی نشان داد که جهش در بسیاری از پروتئین های چرخه سلولی مخمر که امکان رشد بی رویه سلول را فراهم می کنند نیز اغلب در سرطان های انسانی اتفاق می () ، (-)
فهرست مطالب