10.5: انقسام الخلايا بدائية النواة

Last updated
Save as PDF

Page ID: 196399

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

المهارات اللازمة للتطوير

وصف عملية الانشطار الثنائي في بدائيات النواة
اشرح كيف تعتبر بروتينات FTSz و Tubulin أمثلة على التماثل

تتكاثر بدائيات النواة، مثل البكتيريا، عن طريق الانشطار الثنائي. بالنسبة للكائنات أحادية الخلية، فإن الانقسام الخلوي هو الطريقة الوحيدة لإنتاج أفراد جدد. في كل من الخلايا بدائية النواة وخلايا حقيقية النواة، تكون نتيجة تكاثر الخلايا هي زوج من الخلايا الوليدة المتطابقة وراثيًا مع الخلية الأم. في الكائنات أحادية الخلية، تكون الخلايا البنت أفرادًا.

لتحقيق نتيجة النسل المستنسخ، هناك خطوات معينة ضرورية. يجب تكرار الحمض النووي الجيني ثم تخصيصه في الخلايا الوليدة؛ يجب أيضًا تقسيم المحتويات السيتوبلازمية لإعطاء كلتا الخليتين الجديدتين آلية للحفاظ على الحياة. في الخلايا البكتيرية، يتكون الجينوم من كروموسوم DNA دائري واحد؛ لذلك، يتم تبسيط عملية انقسام الخلايا. إن تكوين النواة غير ضروري لأنه لا توجد نواة وبالتالي لا حاجة لتوجيه نسخة واحدة من الكروموسومات المتعددة إلى كل خلية ابنة. هذا النوع من الانقسام الخلوي يسمى الانشطار الثنائي (بدائيات النواة).

انشطار ثنائي

نظرًا للبساطة النسبية لبدائيات النواة، فإن عملية انقسام الخلايا، التي تسمى الانشطار الثنائي، هي عملية أقل تعقيدًا وأسرع بكثير من الانقسام الخلوي في حقيقيات النوى. لا يتم وضع كروموسوم الحمض النووي الدائري الوحيد للبكتيريا في نواة، ولكنه يحتل بدلاً من ذلك موقعًا محددًا، وهو النواة، داخل الخلية (الشكل\(\PageIndex{1}\)). على الرغم من أن الحمض النووي للنيوكليويد مرتبط بالبروتينات التي تساعد في تعبئة الجزيء في حجم صغير، إلا أنه لا توجد بروتينات هيستون وبالتالي لا توجد نيوكليوسومات في بدائيات النواة. ومع ذلك، ترتبط بروتينات تعبئة البكتيريا ببروتينات الكونزين والمكثفات المشاركة في ضغط كروموسوم حقيقيات النوى.

يرتبط الكروموسوم البكتيري بغشاء البلازما عند نقطة منتصف الخلية تقريبًا. نقطة البداية للتكرار، الأصل، قريبة من موقع ربط الكروموسوم بغشاء البلازما (الشكل\(\PageIndex{1}\)). يتم تكرار الحمض النووي في اتجاهين، حيث يبتعد عن الأصل على كلا جانبي الحلقة في وقت واحد. عندما تتشكل السلاسل المزدوجة الجديدة، تتحرك كل نقطة أصل بعيدًا عن مرفق جدار الخلية باتجاه الأطراف المقابلة للخلية. ومع استطالة الخلية، يساعد الغشاء المتنامي في نقل الكروموسومات. بعد أن تزيل الكروموسومات نقطة الوسط للخلية المطولة، يبدأ الفصل السيتوبلازمي. يؤدي تكوين حلقة مكونة من وحدات متكررة من بروتين يسمى FtsZ إلى توجيه التقسيم بين النواة. يؤدي تكوين حلقة FTSZ إلى تراكم البروتينات الأخرى التي تعمل معًا لتجنيد مواد جديدة للأغشية وجدران الخلية إلى الموقع. يتشكل الحاجز بين النواة، ويمتد تدريجيًا من المحيط إلى مركز الخلية. عندما تكون جدران الخلايا الجديدة في مكانها، تنفصل الخلايا البنت.

يوضح هذا الرسم التوضيحي خطوات الانشطار الثنائي في بدائيات النواة. يبدأ تكرار الكروموسوم الدائري المفرد من أصل النسخ المتماثل ويستمر في نفس الوقت في كلا الاتجاهين. عند تكرار الحمض النووي، تتمدد الخلية، وتهاجر بروتينات FtsZ نحو مركز الخلية حيث تشكل حلقة. تقوم حلقة FtsZ بتوجيه تكوين الحاجز الذي يقسم الخلية إلى قسمين بمجرد اكتمال تكرار الحمض النووي. — الشكل\(\PageIndex{1}\): توضح هذه الصور خطوات الانشطار الثنائي في بدائيات النواة. (مصدر: تعديل العمل من قبل «Mcstrother» /ويكيميديا كومنز)

اتصال التطور: جهاز المغزل الانقسامي

يعد التوقيت الدقيق وتشكيل المغزل الانقسامي أمرًا بالغ الأهمية لنجاح انقسام الخلايا حقيقية النواة. من ناحية أخرى، لا تخضع الخلايا بدائية النواة للتحريك النووي وبالتالي لا تحتاج إلى مغزل الانقسام الفتيلي. ومع ذلك، فإن بروتين FTSZ الذي يلعب مثل هذا الدور الحيوي في الحركة الخلوية بدائية النواة يشبه إلى حد كبير من الناحية الهيكلية والوظيفية التوبولين، وهو اللبنة الأساسية للأنابيب الدقيقة التي تشكل ألياف المغزل الانقسامي الضرورية لحقيقيات النوى. يمكن لبروتينات FTSZ أن تشكل خيوط وحلقات وهياكل أخرى ثلاثية الأبعاد تشبه الطريقة التي يشكل بها الأنبوبين الأنابيب الدقيقة والنخاخات المركزية 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.

FTSz و Tubulin عبارة عن هياكل متجانسة مشتقة من أصول تطورية شائعة. في هذا المثال، FTSz هو البروتين الأصلي للتوبولين (بروتين حديث). بينما يوجد كلا البروتينات في الكائنات الحية الموجودة، فقد تطورت وظيفة التوبولين وتنوعت بشكل كبير منذ تطورها من أصل FtsZ الأولي. يكشف مسح لمكونات التجميع الانقسامي الموجودة في حقيقيات النوى أحادية الخلية الحالية عن خطوات وسيطة حاسمة للجينومات المعقدة المغلقة بالغشاء لحقيقيات النوى متعددة الخلايا.

الجدول\(\PageIndex{1}\): جهاز تقسيم الخلايا بين الكائنات الحية المختلفة
	هيكل المواد الوراثية	قسم المواد النووية	فصل الخلايا البنت
بدائيات النواة	لا توجد نواة. يوجد الكروموسوم الدائري الوحيد في منطقة من السيتوبلازم تسمى النواة.	يحدث من خلال الانشطار الثنائي. عند تكرار الكروموسوم، تنتقل النسختان إلى طرفي الخلية المتقابلين بواسطة آلية غير معروفة.	تتجمع بروتينات FTSz في حلقة تقرص الخلية إلى قسمين.
بعض المتظاهرين	توجد الكروموسومات الخطية في النواة.	ترتبط الكروموسومات بالغلاف النووي الذي لا يزال سليمًا. يمر المغزل الانقسامي عبر الظرف ويطيل الخلية. لا توجد وحدات مركزية.	تشكل الشعيرات الدقيقة ثلم الانقسام الذي يقرص الخلية إلى قسمين.
محتجون آخرون	توجد الكروموسومات الخطية في النواة.	يتشكل المغزل الانقسامي من النواقل المركزية ويمر عبر الغشاء النووي الذي يظل سليمًا. ترتبط الكروموسومات بالمغزل الانقسامي الذي يفصل الكروموسومات ويطيل الخلية.	تشكل الشعيرات الدقيقة ثلم الانقسام الذي يقرص الخلية إلى قسمين.
خلايا حيوانية	توجد الكروموسومات الخطية في النواة.	يتشكل المغزل الانقسامي من السينتروسومات. يذوب الغلاف النووي. ترتبط الكروموسومات بالمغزل الانقسامي الذي يفصل الكروموسومات ويطيل الخلية.	تشكل الشعيرات الدقيقة ثلم الانقسام الذي يقرص الخلية إلى قسمين.

ملخص

في كل من انقسام الخلايا بدائية النواة وخلايا حقيقية النواة، يتم نسخ الحمض النووي الجيني ثم يتم تخصيص كل نسخة في خلية ابنة. بالإضافة إلى ذلك، يتم تقسيم المحتويات السيتوبلازمية بالتساوي وتوزيعها على الخلايا الجديدة. ومع ذلك، هناك العديد من الاختلافات بين انقسام الخلايا بدائية النواة وخلايا حقيقية النواة. تحتوي البكتيريا على كروموسوم DNA دائري واحد ولكن بدون نواة. لذلك، الانقسام ليس ضروريًا في انقسام الخلايا البكتيرية. يتم توجيه الحركة الخلوية البكتيرية بواسطة حلقة مكونة من بروتين يسمى FtsZ. يؤدي نمو الغشاء ومواد جدار الخلية من محيط الخلايا إلى تكوين حاجز يقوم في النهاية ببناء جدران الخلايا المنفصلة للخلايا البنت.

مسرد المصطلحات

انشطار ثنائي: عملية تقسيم الخلايا بدائية النواة

FTSZ: مكون البروتين الشبيه بالنيوبولين في الهيكل الخلوي بدائية النواة والذي يعد مهمًا في الحركة الخلوية بدائية النواة (الاسم الأصلي: ربط الترددات اللاسلكية عند درجة الحرارة - كمتحول حساس Z)

منشأ: (أيضًا، ORI) منطقة الكروموسوم بدائية النواة حيث يبدأ النسخ المتماثل (أصل النسخ المتماثل)

الحاجز: هيكل يتكون في خلية بكتيرية كمقدمة لفصل الخلية إلى خليتين ابنتين