Skip to main content
Global

22.2: هيكل بدائيات النواة

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    196733

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

    المهارات اللازمة للتطوير

    • وصف البنية الأساسية لبدائيات النواة النموذجية
    • وصف الاختلافات المهمة في التركيب بين الأركيا والبكتيريا

    هناك العديد من الاختلافات بين الخلايا بدائية النواة وخلايا حقيقية النواة. ومع ذلك، تحتوي جميع الخلايا على أربعة هياكل مشتركة: غشاء البلازما، الذي يعمل كحاجز للخلية ويفصل الخلية عن بيئتها؛ السيتوبلازم، مادة تشبه الهلام داخل الخلية؛ الأحماض النووية، المادة الوراثية للخلية؛ والريبوسومات، حيث يحدث تخليق البروتين. تأتي بدائيات النواة بأشكال مختلفة، لكن العديد منها ينقسم إلى ثلاث فئات: المكورات (الكروية)، والعصيات (على شكل قضيب)، والعصيات الحلزونية (الشكل) (الشكل\(\PageIndex{1}\)).

    الجزء أ: تُظهر الصورة المجهرية مكورات على شكل كرة يبلغ طولها حوالي 0.9 ميكرون. الجزء ب: تُظهر الصورة المجهرية عصيات على شكل هوت دوج يبلغ طولها حوالي 2 ميكرون. الجزء ج: تُظهر الصورة المجهرية عصيات حلزونية على شكل برغي طويلة جدًا وقطرها 2 ميكرون.
    الشكل\(\PageIndex{1}\): تنقسم بدائيات النواة إلى ثلاث فئات أساسية بناءً على شكلها، ويتم تصورها هنا باستخدام الفحص المجهري الإلكتروني: (أ) المكورات، أو الكروية (يظهر زوج منها)؛ (ب) العصيات، أو على شكل قضيب؛ و (ج) العصيات الحلزونية، أو الشكل الحلزوني. (المصدر: تعديل العمل بقلم جانيس هاني كار، والدكتور ريتشارد فاكلام، مركز مكافحة الأمراض والوقاية منها؛ الائتمان ج: تعديل العمل من قبل الدكتور ديفيد كوكس؛ بيانات المقياس من مات راسل)

    الخلية بدائية النواة

    تذكر أن بدائيات النواة (الشكل\(\PageIndex{2}\)) هي كائنات أحادية الخلية تفتقر إلى العضيات أو غيرها من الهياكل الداخلية المرتبطة بالغشاء. لذلك، ليس لديهم نواة ولكن بدلاً من ذلك لديهم عمومًا كروموسوم واحد - قطعة من الحمض النووي الدائري المزدوج الموجود في منطقة من الخلية تسمى النواة. تحتوي معظم بدائيات النواة على جدار خلوي خارج غشاء البلازما.

    في هذا الرسم التوضيحي، تكون الخلية بدائية النواة على شكل قضيب. يتركز الكروموسوم الدائري في منطقة تسمى النواة. يسمى السائل الموجود داخل الخلية بالسيتوبلازم. تطفو الريبوسومات، المصورة كدوائر صغيرة، في السيتوبلازم. يتم تغليف السيتوبلازم بغشاء بلازما، والذي بدوره يتم تغليفه بجدار خلوي. تحيط كبسولة بجدار الخلية. تحتوي البكتيريا المصورة على سوط بارز من طرف واحد ضيق. البثور عبارة عن نتوءات صغيرة تظهر من الكبسولة في جميع أنحاء البكتيريا، مثل الشعر.
    الشكل\(\PageIndex{2}\): يتم عرض ميزات الخلية البدائية النموذجية.

    تذكر أن بدائيات النواة تنقسم إلى مجالين مختلفين، البكتيريا والأركيا، اللذين يشكلان مع حقيقاريا مجالات الحياة الثلاثة (الشكل\(\PageIndex{3}\)).

    جذع شجرة النشوء والتطور هو سلف عالمي. تشكل الشجرة فرعين. يؤدي أحد الفروع إلى بكتيريا المجال، والتي تشمل البكتيريا البروتينية النباتية، والكلاميديا، والسبيروتشيت، والبكتيريا الزرقاء، والبكتيريا الإيجابية للجرام. يتفرع الفرع الآخر مرة أخرى إلى نطاقات eukarya و archaea. تشمل آثار المجال علم الآثار الطبيعية للفيلة، والآثار الجينية، والآثار النانوية، والكورنتشيوتيا.
    الشكل\(\PageIndex{3}\): تعد كل من البكتيريا والأركيا بدائيات النواة ولكنها تختلف بدرجة كافية ليتم وضعها في مجالات منفصلة. يُعتقد أن أحد أسلاف أرتشيا الحديثة قد أدى إلى ظهور يوكاريا، المجال الثالث للحياة. يتم عرض الفيلا الأثرية والبكتيرية؛ العلاقة التطورية بين هذه الكائنات لا تزال مفتوحة للنقاش.

    يختلف تكوين جدار الخلية بشكل كبير بين مجالات البكتيريا والأركيا. يختلف تكوين جدران الخلايا أيضًا عن جدران الخلايا حقيقية النواة الموجودة في النباتات (السليلوز) أو الفطريات والحشرات (الكيتين). يعمل جدار الخلية كطبقة واقية، وهو مسؤول عن شكل الكائن الحي. تحتوي بعض البكتيريا على كبسولة خارجية خارج جدار الخلية. توجد هياكل أخرى في بعض الأنواع بدائية النواة، ولكن ليس في أنواع أخرى (الجدول\(\PageIndex{1}\)). على سبيل المثال، تُمكّن الكبسولة الموجودة في بعض الأنواع الكائن الحي من الالتصاق بالأسطح، وتحميه من الجفاف وهجوم الخلايا البلعمية، وتجعل مسببات الأمراض أكثر مقاومة لاستجاباتنا المناعية. تحتوي بعض الأنواع أيضًا على سوط (مفرد، سوط) يستخدم للحركة، وزنابق (مفرد، زنابق) يستخدم للتعلق بالأسطح. البلازميدات، التي تتكون من الحمض النووي خارج الكروموسومات، موجودة أيضًا في العديد من أنواع البكتيريا والعرايا.

    تم وصف خصائص فصيلة البكتيريا في الشكل\(\PageIndex{4}\) والشكل\(\PageIndex{5}\)؛ يتم وصف الأركيا في الشكل\(\PageIndex{6}\).

    تم وصف خصائص الفيلا الخمسة للبكتيريا. أول شريحة موصوفة هي البروتيوباكتيريا، والتي تشمل خمس فئات، ألفا وبيتا وغاما ودلتا وإبسيلون. معظم أنواع بكتيريا ألفا بروتيوباكتريا ذاتية التغذية ولكن بعضها متكافل للنباتات والحيوانات، والبعض الآخر من مسببات الأمراض. يُعتقد أن الميتوكوندريا حقيقية النواة مشتقة من البكتيريا في هذه المجموعة. تشمل الأنواع التمثيلية الريزوبيوم، وهو عبارة عن إندوسيمبيوم مثبت للنيتروجين يرتبط بجذور البقوليات، والريكيتسيا، وهو طفيلي إلزامي داخل الخلايا يسبب التيفوس وحمى روكي ماونتن المرقطة (ولكن ليس الكساح، الذي يسببه نقص فيتامين سي). يُظهر الرسم المجهري الريكتسيا ريكيتسي على شكل قضيب داخل خلية حقيقية النواة أكبر بكثير. بيتا بروتيوباكتيريا هي مجموعة متنوعة من البكتيريا. تلعب بعض الأنواع دورًا مهمًا في دورة النيتروجين. تشمل الأنواع التمثيلية النيتروسومات، التي تؤكسد الأمونيا وتحويلها إلى نترات، وسبيريلوم ناقص، الذي يسبب حمى لدغة الفئران. يتم عرض صورة مجهرية لسبيريلوم سالب على شكل حلزوني. تشمل بكتيريا جاما بروتيوباكتيريا العديد من الكائنات الحية المفيدة التي تملأ الأمعاء البشرية، بالإضافة إلى مسببات الأمراض البشرية المألوفة. تعمل بعض الأنواع من هذه المجموعة الفرعية على أكسدة مركبات الكبريت. تشمل الأنواع الممثلة الإشريكية القولونية، وهي ميكروب مفيد عادة للأمعاء البشرية، ولكن بعض السلالات تسبب المرض؛ السالمونيلا، التي تسبب سلالات معينة منها التسمم الغذائي، وحمى التيفوئيد؛ اليرسينيا بيستيس - العامل المسبب للطاعون الدبلي؛ Psuedomonas aeruganosa - تسبب التهابات الرئة؛ فيبريو كوليرا، العامل المسبب للكوليرا، والبكتيريا المنتجة للكروماتيوم والكبريت التي تعمل على أكسدة الكبريت وتنتج H2S. يُظهر التصوير المجهري فيبريو كوليرا على شكل قضيب، والتي يبلغ طولها حوالي 1 ميكرون. تنتج بعض أنواع بكتيريا دلتا بروتيوباكتيريا جسمًا مثمرًا مكونًا للأبواغ في الظروف المعاكسة. البعض الآخر يقلل الكبريتات والكبريت. تشمل الأنواع الممثلة البكتيريا الفطرية، التي تولد أجسامًا مثمرة مكونة للأبواغ في الظروف المعاكسة، وديسولفوفيبريو فولغاريس، وهي بكتيريا شحيحة تعمل على تقليل الكبريت. تُظهر صورة مجهرية بكتيريا Desulfovibrio vulgaris على شكل قضيب منحني مع سوط طويل. تشمل بكتيريا Epsilon Proteobacteria العديد من الأنواع التي تعيش في الجهاز الهضمي للحيوانات كمتعايشة أو مسببات الأمراض. تم العثور على بكتيريا من هذه المجموعة في الفتحات الحرارية المائية في أعماق البحار وموائل التسرب البارد. الشعبة التالية الموصوفة هي الكلاميديا. جميع أعضاء هذه المجموعة هم طفيليات إلزامية داخل الخلايا من الخلايا الحيوانية. تفتقر جدران الخلايا إلى الببتيدوجليكان. يُظهر التصوير المجهري مسحة عنق الرحم للخلايا المصابة بالكلاميديا الحثرية. عدوى الكلاميديا هي أكثر الأمراض التي تنتقل عن طريق الاتصال الجنسي شيوعًا ويمكن أن تؤدي إلى العمى. تحتوي جميع أعضاء Phylum Spirochetes على خلايا حلزونية الشكل. معظمها من اللاهوائيات التي تعيش بحرية، ولكن بعضها مُمْرِض للأمراض. تمتد السوط بالطول في الفضاء المحيط بالبلازمي بين الغشاء الداخلي والخارجي. تشمل الأنواع الممثلة Treponema pallidum، العامل المسبب لمرض الزهري، وبوريليا بورجدورفيري، العامل المسبب لمرض لايم، يُظهر ميكروغراف Trepanema pallidum على شكل برغي، بعرض حوالي 1 ميكرون. تحصل البكتيريا الموجودة في بكتيريا السيانوباكتيريا، المعروفة أيضًا باسم الطحالب الخضراء المزرقة، على طاقتها من خلال عملية التمثيل الضوئي. وهي موجودة في كل مكان، وتوجد في البيئات الأرضية والبحرية والمياه العذبة. يُعتقد أن البلاستيدات الخضراء حقيقية النواة مشتقة من البكتيريا الموجودة في هذه المجموعة. يُعتقد أن السيانوباكتيريوم بروكلوروكوكوس هو أكثر الكائنات الحية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي وفرة على وجه الأرض، والمسؤول عن توليد نصف الأكسجين في العالم. يُظهر التصوير المجهري نوعًا طويلًا ورقيقًا على شكل قضيب يسمى Phormidium. تحتوي البكتيريا إيجابية الجرام على جدار خلوي سميك وتفتقر إلى الغشاء الخارجي. يقوم الأعضاء الذين يعيشون في التربة في هذه المجموعة الفرعية بتحلل المواد العضوية. بعض الأنواع تسبب المرض. تشمل الأنواع الممثلة عصيات الجمرة الخبيثة، التي تسبب الجمرة الخبيثة؛ والكلوستريديوم البوتولينوم، الذي يسبب التسمم الغذائي؛ والكلوستريديوم العسيرة، التي تسبب الإسهال أثناء العلاج بالمضادات الحيوية؛ والستربتومايسيس، التي تستمد منها العديد من المضادات الحيوية، بما في ذلك الستربتوميوسين؛ والميكوبلازما، وهي أصغر الأنواع المعروفة البكتيريا التي تفتقر إلى جدار الخلية. بعضها يعيش بحرية، وبعضها ممرض. يُظهر التصوير المجهري المطثية العسيرة، وهي على شكل قضيب وطولها حوالي 3 ميكرون.
    الشكل\(\PageIndex{4}\): بكتيريا Phylum Proteobacteria هي واحدة من ما يصل إلى 25 نوعًا من البكتيريا. تنقسم البكتيريا البروتيوباكتيريا أيضًا إلى خمس فئات، من ألفا إلى إبسيلون. (بطاقة الائتمان «ريكتسيا ريكيتسيا»: تعديل العمل من قبل مركز مكافحة الأمراض والوقاية منها؛ الائتمان «سبيريلوم ناقص»: تعديل عمل فولفرام أدلاسنيغ؛ الائتمان «فيبريو كوليرا»: تعديل العمل من قبل جانيس هاني كار، مركز مكافحة الأمراض والوقاية منها؛ الائتمان «ديسولفوفيبريو فولغاريس»: تعديل العمل من قبل غراهام برادلي؛ الائتمان «كامبيلوباكتر»: تعديل من أعمال دي وود، بولي، وزارة الزراعة الأمريكية، ARS، EMU؛ بيانات شريط القياس من مات راسل)
    يصف هذا الجدول أربعة أنواع من البكتيريا، وهي الكلاميديا والسبيروشايت والبكتيريا الزرقاء والبكتيريا الموجبة للجرام. تم تنظيم الجدول حسب الفيلوم والكائنات الممثلة لها وصورة مجهرية تمثيلية
    الشكل\(\PageIndex{5}\): تم وصف الكلاميديا والسبيروتشيت والبكتيريا الزرقاء والبكتيريا الإيجابية للجرام في هذا الجدول. لاحظ أن الشكل البكتيري لا يعتمد على الفيلوم؛ قد تكون البكتيريا الموجودة داخل الفيلوم عبارة عن مكورات أو على شكل قضيب أو حلزونية. (اسم «Chlamydia trachomatis»: تعديل العمل الذي قام به مختبر الدكتور لانس ليوتا، NCI؛ الائتمان «Treponema pallidum»: تعديل عمل للدكتور ديفيد كوكس، مركز مكافحة الأمراض والوقاية منها؛ الائتمان «Phormidium»: تعديل العمل من قبل هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية؛ الائتمان «Clostridium dificile»: تعديل العمل من قبل لويس إس ويغز، مركز مكافحة الأمراض والوقاية منها؛ بيانات المقياس من مات راسل)
    تم وصف خصائص الأنواع الأربعة من الأركيا. تشمل Euryarchaotes الميثانوجين، التي تنتج الميثان كمنتج من النفايات الأيضية، والبكتيريا الهالوباكتيريا، التي تعيش في بيئة شديدة الملوحة. تسبب الميثانوجينات انتفاخ البطن لدى البشر والحيوانات الأخرى. يمكن أن تنمو بكتيريا الهالوباكتيريا في أزهار كبيرة تبدو حمراء، بسبب وجود باكتيريهودوبسين في الغشاء. ترتبط بكتيريا هودوبسين بصبغة الشبكية رودوبسين. يُظهر الرسم المجهري هالوباكتيريوم على شكل قضيب. يلعب أعضاء شعبة Crenarchaeotes في كل مكان دورًا مهمًا في تثبيت الكربون. العديد من أعضاء هذه المجموعة هم من محبي التطرف الذين يعتمدون على الكبريت. بعضها محب للحرارة أو مفرط الحرارة. يُظهر التصوير المجهري السلفولوبوس على شكل كوكسي، وهو جنس ينمو في الينابيع البركانية في درجات حرارة تتراوح بين 75 و80 درجة مئوية وعند درجة حموضة تتراوح بين 2 و3. يحتوي Phylum Nanoarcheotes حاليًا على نوع واحد فقط، وهو Nanoarchaeum Equitans، الذي تم عزله من قاع المحيط الأطلسي، ومن فتحة التهوية الحرارية المائية في حديقة يلوستون الوطنية. إنه تعايش إلزامي مع Ignococcus، وهو نوع آخر من البكتيريا الأثرية. يُظهر التصوير المجهري خليتين صغيرتين مستديرتين من نوع N. Equitans ملتصقتين بخلية Ignoco تعتبر Korarchaeotes واحدة من أكثر أشكال الحياة بدائية ولم يتم العثور عليها حتى الآن إلا في مسبح Obsidian Pool، وهو ينبوع ساخن في حديقة يلوستون الوطنية. يُظهر الميكروغراف مجموعة متنوعة من العينات من هذه المجموعة والتي تختلف في الشكل.
    الشكل\(\PageIndex{6}\): تنقسم الأركيا إلى أربع فصائل: الكوروه أرياوتا، واليوراتشيوتا، والكرينتشيوتا، والنانارخيوتا. (مصدر الاعتماد «هالوباكتيريوم»: تعديل العمل من قبل وكالة ناسا؛ الائتمان «Nanoarchaeotum Equitans»: تعديل العمل من قبل كارل أو ستيتر؛ الائتمان «koraracheota»: تعديل العمل من قبل مكتب العلوم في وزارة الطاقة الأمريكية؛ بيانات المقياس من مات راسل)

    غشاء البلازما

    غشاء البلازما عبارة عن طبقة ثنائية دهنية رقيقة (من 6 إلى 8 نانومتر) تحيط تمامًا بالخلية وتفصل الداخل عن الخارج. تحافظ طبيعتها القابلة للنفاذ بشكل انتقائي على الأيونات والبروتينات والجزيئات الأخرى داخل الخلية وتمنعها من الانتشار في البيئة خارج الخلية، بينما قد تتحرك الجزيئات الأخرى عبر الغشاء. تذكر أن البنية العامة لغشاء الخلية عبارة عن طبقة ثنائية الفسفوليبيد تتكون من طبقتين من جزيئات الدهون. في أغشية الخلايا الأثرية، تحل سلاسل الإيزوبرين (الفيتانيل) المرتبطة بالجلسرين محل الأحماض الدهنية المرتبطة بالجلسرين في الأغشية البكتيرية. بعض الأغشية الأثرية عبارة عن طبقات أحادية الدهون بدلاً من طبقات ثنائية (الشكل\(\PageIndex{7}\)).

    يقارن هذا الرسم التوضيحي الفسفوليبيدات من البكتيريا وأوكاريا بتلك الموجودة في أرتشيا. في البكتيريا واليوكاريا، ترتبط الأحماض الدهنية بالجلسرين عن طريق وصلة استر، بينما في أرشيا، ترتبط سلاسل الإيزوبرين بالجلسرين عن طريق رابط الأثير. في وصلة الإستر، يحتوي الكربون الأول في سلسلة الأحماض الدهنية على أكسجين مزدوج الارتباط به، بينما في وصلة الأثير، لا يحدث ذلك. في أرتشيا، تحتوي سلاسل الإيزوبرين على مجموعات ميثيل متفرعة منها، في حين أن هذه الفروع غائبة في البكتيريا واليوكاريا. ينتج عن كلا النوعين من الدهون الفوسفاتية طبقات ثنائية دهنية متشابهة.
    الشكل\(\PageIndex{7}\): تختلف الفسفوليبيدات الأثرية عن تلك الموجودة في البكتيريا واليوكاريا بطريقتين. أولاً، لديهم سلاسل جانبية متفرعة من الفيتانيل بدلاً من السلاسل الخطية. ثانيًا، تربط رابطة الأثير بدلاً من رابطة الإستر الدهون بالجليسرول.

    جدار الخلية

    يحتوي السيتوبلازم للخلايا بدائية النواة على تركيز عالٍ من المواد المذابة. لذلك، يكون الضغط الاسموزي داخل الخلية مرتفعًا نسبيًا. جدار الخلية عبارة عن طبقة واقية تحيط ببعض الخلايا وتمنحها الشكل والصلابة. يقع خارج غشاء الخلية ويمنع التحلل الاسموزي (الانفجار بسبب زيادة الحجم). يختلف التركيب الكيميائي لجدران الخلايا بين الأركيا والبكتيريا، ويختلف أيضًا بين الأنواع البكتيرية.

    تحتوي جدران الخلايا البكتيرية على الببتيدوجليكان، المكون من سلاسل السكاريد التي ترتبط ببعضها ببتيدات غير عادية تحتوي على كل من الأحماض الأمينية L و D بما في ذلك حمض D-glutamic و D-alanine. تحتوي البروتينات عادة على الأحماض الأمينية L فقط؛ ونتيجة لذلك، تعمل العديد من المضادات الحيوية لدينا عن طريق محاكاة الأحماض الأمينية D وبالتالي لها تأثيرات محددة على تطور جدار الخلايا البكتيرية. هناك أكثر من 100 شكل مختلف من الببتيدوجليكان. توجد بروتينات الطبقة S (الطبقة السطحية) أيضًا على السطح الخارجي لجدران الخلايا لكل من الأركيا والبكتيريا.

    تنقسم البكتيريا إلى مجموعتين رئيسيتين: الجرام الموجب والجرام السلبي، بناءً على تفاعلها مع تلطيخ الجرام. لاحظ أن جميع البكتيريا الإيجابية للجرام تنتمي إلى شريحة واحدة؛ أما البكتيريا الموجودة في الفيلا الأخرى (البكتيريا البروتيوباكتريا، والكلاميديا، والسبيروشيت، والبكتيريا الزرقاء، وغيرها) فهي سالبة الجرام. تمت تسمية طريقة التلطيخ بالغرام على اسم مخترعها، العالم الدنماركي هانز كريستيان غرام (1853-1938). ترجع الاستجابات البكتيرية المختلفة لعملية التلوين في النهاية إلى بنية جدار الخلية. عادة ما تفتقر الكائنات الحية الإيجابية للجرام إلى الغشاء الخارجي الموجود في الكائنات الحية سالبة الجرام (الشكل\(\PageIndex{8}\)). يتكون ما يصل إلى 90 بالمائة من جدار الخلية في البكتيريا إيجابية الجرام من الببتيدوجليكان، ويتكون معظم الباقي من مواد حمضية تسمى أحماض التيكويك. قد ترتبط أحماض التيكويك تساهميًا بالدهون في غشاء البلازما لتكوين الأحماض الدهنية. تقوم أحماض Lipoteichoic بتثبيت جدار الخلية بغشاء الخلية. تحتوي البكتيريا سالبة الجرام على جدار خلوي رقيق نسبيًا يتكون من بضع طبقات من الببتيدوجليكان (10 بالمائة فقط من إجمالي جدار الخلية)، وتحيط به غلاف خارجي يحتوي على السكريات الدهنية (LPS) والبروتينات الدهنية. يشار إلى هذا الغلاف الخارجي أحيانًا على أنه طبقة ثنائية دهنية ثانية. ومع ذلك، فإن كيمياء هذا الغلاف الخارجي مختلفة تمامًا عن تلك الخاصة بالطبقة الثنائية الدهنية النموذجية التي تشكل أغشية البلازما.

    آرت كونيكشن

    يُظهر الرسم التوضيحي الأيسر جدار الخلية للبكتيريا الإيجابية لـ GRAM. جدار الخلية عبارة عن طبقة سميكة من الببتيدوجليكان الموجودة خارج غشاء البلازما. يقوم جزيء طويل ورقيق يسمى حمض ليبوتيكويك بتثبيت جدار الخلية بغشاء الخلية. يُظهر الرسم التوضيحي الأيمن بكتيريا سالبة الجرام. في البكتيريا سالبة الجرام، يكون جدار خلية الببتيدوجليكان الرقيق محصورًا بين غشاء البلازما الخارجي والداخلي. تسمى المسافة بين الغشاءين الفضاء المحيط بالبلازمية. ترسخ البروتينات الدهنية جدار الخلية بالغشاء الخارجي. تبرز السكريات الشحمية من الغشاء الخارجي. البورينات هي بروتينات في الغشاء الخارجي تسمح بدخول المواد.
    الشكل\(\PageIndex{8}\): تنقسم البكتيريا إلى مجموعتين رئيسيتين: الجرام الإيجابي والجرام السلبي. تحتوي كلتا المجموعتين على جدار خلوي يتكون من الببتيدوجليكان: في البكتيريا الإيجابية للجرام، يكون الجدار سميكًا، بينما في البكتيريا سالبة الجرام، يكون الجدار رقيقًا. في البكتيريا سالبة الجرام، يكون جدار الخلية محاطًا بغشاء خارجي يحتوي على السكريات الدهنية والبروتينات الدهنية. البورينات عبارة عن بروتينات في غشاء الخلية هذا تسمح للمواد بالمرور عبر الغشاء الخارجي للبكتيريا سالبة الجرام. في البكتيريا الإيجابية للجرام، يقوم حمض ليبوتيكويك بتثبيت جدار الخلية بغشاء الخلية. (مصدر: تعديل العمل من قبل «Franciscosp2"/ويكيميديا كومنز)

    أي من العبارات التالية صحيحة؟

    1. تحتوي البكتيريا إيجابية الجرام على جدار خلية واحدة مثبت على غشاء الخلية بواسطة حمض ليبوتيكويك.
    2. تسمح البورينات بدخول المواد إلى كل من البكتيريا الموجبة للجرام والبكتيريا سالبة الجرام.
    3. جدار الخلية للبكتيريا سالبة الجرام سميك، وجدار الخلية للبكتيريا الإيجابية للجرام رقيق.
    4. تحتوي البكتيريا سالبة الجرام على جدار خلوي مصنوع من الببتيدوجليكان، بينما تحتوي البكتيريا الإيجابية للجرام على جدار خلوي مصنوع من حمض ليبوتيكويك.

    لا تحتوي جدران الخلايا الأثرية على الببتيدوجليكان. هناك أربعة أنواع مختلفة من جدران الخلايا الأثرية. يتكون أحد الأنواع من pseudopeptidoglycan، والذي يشبه الببتيدوجليكان في التشكل ولكنه يحتوي على سكريات مختلفة في سلسلة السكاريد. تتكون الأنواع الثلاثة الأخرى من جدران الخلايا من السكريات أو البروتينات السكرية أو البروتين النقي.

    الجدول\(\PageIndex{1}\): الاختلافات الهيكلية والتشابهات بين البكتيريا والأركيا
    السمة الهيكلية بكتيريا أرتشيا
    نوع الخلية بدائيات النواة بدائيات النواة
    مورفولوجيا الخلية متغير متغير
    جدار خلوي يحتوي على الببتيدوجليكان لا تحتوي على الببتيدوجليكان
    نوع غشاء الخلية طبقة ثنائية الدهون طبقة ثنائية من الدهون أو طبقة أحادية الدهون
    دهون غشاء البلازما أحماض دهنية مجموعات فيتانيل

    الاستنساخ

    التكاثر في بدائيات النوى غير جنسي وعادة ما يحدث عن طريق الانشطار الثنائي. تذكر أن الحمض النووي لبدائيات النواة موجود ككروموسوم دائري واحد. لا تخضع بدائيات النواة للانقسام. بدلاً من ذلك، يتم تكرار الكروموسوم وتفصل النسختان الناتجتان عن بعضهما البعض بسبب نمو الخلية. يتم ضغط بدائيات النواة، المتضخمة الآن، إلى الداخل عند خط الاستواء، ويتم فصل الخليتين الناتجتين، وهما المستنسختان. لا يوفر الانشطار الثنائي فرصة لإعادة التركيب الجيني أو التنوع الجيني، ولكن يمكن لبدائيات النوى مشاركة الجينات من خلال ثلاث آليات أخرى.

    في مرحلة التحول، تمتص بدائيات النواة الحمض النووي الموجود في بيئتها والذي يتم التخلص منه بواسطة بدائيات النواة الأخرى. إذا أخذت بكتيريا غير مسببة للأمراض الحمض النووي لجين سام من العامل الممرض ودمجت الحمض النووي الجديد في الكروموسوم الخاص بها، فقد تصبح أيضًا مسببة للأمراض. في عملية النقل، تقوم البكتيريا، وهي الفيروسات التي تصيب البكتيريا، أحيانًا أيضًا بنقل أجزاء قصيرة من الحمض النووي الكروموسومي من بكتيريا إلى أخرى. ينتج عن عملية النقل كائن حي مؤتلف. لا تتأثر الأركيا بالبكتيريا ولكن بدلاً من ذلك تحتوي على فيروسات خاصة بها تنقل المواد الجينية من فرد إلى آخر. في الاقتران، يتم نقل الحمض النووي من بدائيات النواة إلى الأخرى عن طريق الصمام الثنائي، الذي يجعل الكائنات الحية تتلامس مع بعضها البعض. يمكن أن يكون الحمض النووي المنقول في شكل بلازميد أو هجين يحتوي على كل من البلازميد والحمض النووي الكروموسومي. تظهر هذه العمليات الثلاث لتبادل الحمض النووي في الشكل\(\PageIndex{9}\).

    يمكن أن يكون التكاثر سريعًا جدًا: بضع دقائق لبعض الأنواع. يؤدي هذا الجيل القصير إلى جانب آليات إعادة التركيب الجيني ومعدلات الطفرة العالية إلى التطور السريع لبدائيات النواة، مما يسمح لها بالاستجابة للتغيرات البيئية (مثل إدخال مضاد حيوي) بسرعة كبيرة.

    يُظهر الرسم التوضيحي A قطعة دائرية صغيرة من الحمض النووي تمتصها الخلية. يُظهر الرسم التوضيحي C نوعًا من البكتيريا يحقن الحمض النووي في خلية بدائية النواة. ثم يتم دمج الحمض النووي في الجينوم. يُظهر الرسم التوضيحي C نوعين من البكتيريا المتصلة بواسطة دعامة. يتم نقل حلقة صغيرة من الحمض النووي من خلية إلى أخرى عبر القضيب.
    الشكل\(\PageIndex{9}\): إلى جانب الانشطار الثنائي، هناك ثلاث آليات أخرى يمكن من خلالها لبدائيات النوى تبادل الحمض النووي. في (أ) التحول، تمتص الخلية الحمض النووي الأولي مباشرة من البيئة. قد يظل الحمض النووي منفصلاً كحمض نووي بلازميدي أو يتم دمجه في جينوم المضيف. في (ب) النقل، تقوم البكتيريا بحقن الحمض النووي في الخلية التي تحتوي على جزء صغير من الحمض النووي من بدائيات النواة المختلفة. في الاقتران (ج)، يتم نقل الحمض النووي من خلية إلى أخرى عبر جسر التزاوج الذي يربط بين الخليتين بعد أن تقوم الخلية الجنسية بسحب البكتيريا إلى مسافة كافية لتشكيل الجسر.

    اتصال التطور: تطور بدائيات النواة

    كيف يجيب العلماء على أسئلة حول تطور بدائيات النواة؟ على عكس الحيوانات، تقدم القطع الأثرية في السجل الأحفوري لبدائيات النوى القليل جدًا من المعلومات. تبدو أحافير بدائيات النوى القديمة مثل فقاعات صغيرة في الصخور. يلجأ بعض العلماء إلى علم الوراثة وإلى مبدأ الساعة الجزيئية، الذي يرى أنه كلما تباعد النوعان مؤخرًا، كلما كانت جيناتهما (وبالتالي البروتينات) أكثر تشابهًا. على العكس من ذلك، فإن الأنواع التي تباعدت منذ فترة طويلة سيكون لديها المزيد من الجينات غير المتشابهة.

    تعاون العلماء في معهد ناسا للبيولوجيا الفلكية ومختبر البيولوجيا الجزيئية الأوروبي لتحليل التطور الجزيئي لـ 32 بروتينًا محددًا مشتركًا في 72 نوعًا من بدائيات النواة. 1 يشير النموذج الذي استمدوه من بياناتهم إلى أن ثلاث مجموعات مهمة من البكتيريا - البكتيريا الأكتينوباكتيريا والدينوكوكوس والبكتيريا الزرقاء (التي أطلق عليها المؤلفون تيراباكتيريا) - كانت أول من استعمر الأرض. (تذكر أن Deinococcus هو جنس من بدائيات النواة - بكتيريا - شديدة المقاومة للإشعاع المؤين.) تعمل البكتيريا الزرقاء على التمثيل الضوئي، بينما تعد بكتيريا Actinobacteria مجموعة من البكتيريا الشائعة جدًا والتي تشمل الأنواع المهمة في تحلل النفايات العضوية.

    تشير الجداول الزمنية للاختلاف إلى أن البكتيريا (أعضاء مجال البكتيريا) ابتعدت عن الأنواع الأسلاف الشائعة منذ ما بين 2.5 و 3.2 مليار سنة، في حين تباعدت الأركيا في وقت سابق: بين 3.1 و 4.1 مليار سنة مضت. ابتعدت يوكاريا لاحقًا عن الخط الآركي. يشير العمل أيضًا إلى أن الستروماتوليت التي تشكلت قبل ظهور البكتيريا الزرقاء (منذ حوالي 2.6 مليار سنة) تم تصنيعها ضوئيًا في بيئة خالية من الأكسجين وذلك بسبب تعديلات Terrabacteria للأرض (مقاومة التجفيف وحيازة مركبات تحمي الكائن الحي). من الضوء الزائد)، قد يرتبط التمثيل الضوئي باستخدام الأكسجين ارتباطًا وثيقًا بالتكيفات من أجل البقاء على الأرض.

    ملخص

    بدائيات النواة (مجالات الأركيا والبكتيريا) هي كائنات أحادية الخلية تفتقر إلى النواة. لديهم قطعة واحدة من الحمض النووي الدائري في المنطقة النووية للخلية. تحتوي معظم بدائيات النواة على جدار خلوي يقع خارج حدود غشاء البلازما. قد تحتوي بعض بدائيات النواة على هياكل إضافية مثل الكبسولة والسوط والبيلي. تختلف البكتيريا والأركيا في التركيب الدهني لأغشية الخلايا وخصائص جدار الخلية. في الأغشية الأثرية، ترتبط وحدات الفيتانيل، بدلاً من الأحماض الدهنية، بالجلسرين. بعض الأغشية الأثرية عبارة عن طبقات أحادية الدهون بدلاً من طبقات ثنائية.

    يقع جدار الخلية خارج غشاء الخلية ويمنع التحلل الاسموزي. يختلف التركيب الكيميائي لجدران الخلايا بين الأنواع. تحتوي جدران الخلايا البكتيرية على الببتيدوجليكان. لا تحتوي جدران الخلايا الأثرية على الببتيدوجليكان، ولكنها قد تحتوي على pseudopeptidoglycan أو السكريات أو البروتينات السكرية أو جدران الخلايا القائمة على البروتين. يمكن تقسيم البكتيريا إلى مجموعتين رئيسيتين: الجرام الموجب والجرام السلبي، بناءً على تفاعل بقعة الجرام. تحتوي الكائنات الحية ذات الجرام على جدار خلوي سميك، إلى جانب أحماض التيكويك. تحتوي الكائنات الحية سالبة الجرام على جدار خلوي رقيق ومغلف خارجي يحتوي على السكريات الدهنية والبروتينات الدهنية.

    اتصالات فنية

    الشكل\(\PageIndex{8}\): أي العبارات التالية صحيحة؟

    1. تحتوي البكتيريا إيجابية الجرام على جدار خلية واحدة مثبت على غشاء الخلية بواسطة حمض ليبوتيكويك.
    2. تسمح البورينات بدخول المواد إلى كل من البكتيريا الموجبة للجرام والبكتيريا سالبة الجرام.
    3. جدار الخلية للبكتيريا سالبة الجرام سميك، وجدار الخلية للبكتيريا الإيجابية للجرام رقيق.
    4. تحتوي البكتيريا سالبة الجرام على جدار خلوي مصنوع من الببتيدوجليكان، بينما تحتوي البكتيريا الإيجابية للجرام على جدار خلوي مصنوع من حمض ليبوتيكويك.
    إجابة

    أ

    الحواشي

    1. 1 باتيستوزي، فو، فيجاو، أ، هيدجز، إس بي. مقياس زمني جينومي لتطور بدائيات النواة: رؤى حول أصل تكوين الميثان، والتصوير الضوئي، واستعمار الأرض. مركز بيوميد: علم الأحياء التطوري 4 (2004): 4، الرقم: 10.1186/1471-2148-4-4.

    مسرد المصطلحات

    كبسولة
    هيكل خارجي يمكّن بدائيات النواة من الالتصاق بالأسطح وحمايتها من الجفاف
    اقتران
    عملية تقوم من خلالها بدائيات النواة بنقل الحمض النووي من فرد إلى آخر باستخدام بيلوس
    الجرام السالب
    بكتيريا يحتوي جدارها الخلوي على القليل من الببتيدوجليكان ولكن لها غشاء خارجي
    غرام إيجابي
    بكتيريا تحتوي بشكل أساسي على الببتيدوجليكان في جدران خلاياها
    ببتيدوجليكان
    مادة تتكون من سلاسل السكاريد المرتبطة بببتيدات غير عادية
    بيلوس
    ملحق سطحي لبعض بدائيات النواة المستخدمة للتعلق بالأسطح بما في ذلك بدائيات النواة الأخرى
    جليكان الببتيدوجليكان الكاذب
    أحد مكونات جدران الخلايا القديمة التي تشبه الببتيدوجليكان في التشكل ولكنها تحتوي على سكريات مختلفة
    إس لاير
    بروتين الطبقة السطحية موجود على السطح الخارجي لجدران خلايا الأركيا والبكتيريا
    حمض التيكويك
    بوليمر مرتبط بجدار الخلية للبكتيريا الإيجابية للجرام
    نقل
    عملية تقوم من خلالها البكتيريا بنقل الحمض النووي من بدائيات النواة إلى أخرى
    تحول
    عملية تمتص من خلالها بدائيات النواة الحمض النووي الموجود في بيئتها والذي يتم التخلص منه بواسطة بدائيات النواة الأخرى