22.2: هيكل بدائيات النواة
- Page ID
- 196733
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\(\PageIndex{1}\)).

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.

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

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\(\PageIndex{6}\).



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\(\PageIndex{7}\)).

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

أي من العبارات التالية صحيحة؟
- تحتوي البكتيريا إيجابية الجرام على جدار خلية واحدة مثبت على غشاء الخلية بواسطة حمض ليبوتيكويك.
- تسمح البورينات بدخول المواد إلى كل من البكتيريا الموجبة للجرام والبكتيريا سالبة الجرام.
- جدار الخلية للبكتيريا سالبة الجرام سميك، وجدار الخلية للبكتيريا الإيجابية للجرام رقيق.
- 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.
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.

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؟
- تحتوي البكتيريا إيجابية الجرام على جدار خلية واحدة مثبت على غشاء الخلية بواسطة حمض ليبوتيكويك.
- تسمح البورينات بدخول المواد إلى كل من البكتيريا الموجبة للجرام والبكتيريا سالبة الجرام.
- جدار الخلية للبكتيريا سالبة الجرام سميك، وجدار الخلية للبكتيريا الإيجابية للجرام رقيق.
- 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 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