معلومة

التنفس الخلوي ، لماذا الغشاء المزدوج في الميتوكوندريا وليس البكتيريا؟

التنفس الخلوي ، لماذا الغشاء المزدوج في الميتوكوندريا وليس البكتيريا؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

تقوم البكتيريا بالتنفس الخلوي عبر غشاء واحد ، وهو غشاء البلازما. ما هي فوائد وجود أغشية مزدوجة في حقيقيات النوى (في الميتوكوندريا) ، وكيف تحقق البكتيريا التدرج البروتوني؟


4.5: التنفس الخلوي

  • بمساهمة من جون دبليو كيمبال
  • أستاذ (متقاعد) في جامعة تافتس وأمبير هارفارد

التنفس الخلوي هو عملية أكسدة جزيئات الطعام ، مثل الجلوكوز ، إلى ثاني أكسيد الكربون والماء.

[C_6H_ <12> O_ <6> + 6O_2 + 6H_2O & rarr 12H_2O + 6 CO_2 ]

الطاقة المنبعثة محاصرة في شكل ATP لاستخدامها من قبل جميع الأنشطة المستهلكة للطاقة في الخلية. تتم العملية على مرحلتين:

  • تحلل السكر، وانهيار الجلوكوز إلى حمض البيروفيك
  • الكامل أكسدة حمض البيروفيك لثاني أكسيد الكربون والماء

في حقيقيات النوى ، يحدث تحلل السكر في العصارة الخلوية وتحدث العمليات المتبقية فيه الميتوكوندريا.


ما هي الميتوكوندريا؟

تُعرف الميتوكوندريا باسم & lsquoPowerhouse of the cell & rsquo. وتتمثل وظيفتها الفورية في تحويل الجلوكوز إلى ATP (Adenosine Triphosphate). يمكن اعتبار ATP هو & lsquocurrency & rsquo للخلية. إنها الوحدة الأساسية للطاقة المطلوبة لتشغيل التفاعلات الكيميائية في أجسامنا. تُعرف عملية هذا التحويل بالتنفس الهوائي وهو سبب حاجة البشر إلى تنفس الأكسجين.

رسم تخطيطي للميتوكوندريا الحيوانية (مصدر الصورة: ماريانا رويز فياريال ليديوفهاتس / ويكيميديا ​​كومنز)

بنية

ليس للميتوكوندريا شكل وحجم ثابتان ، لكن الهيكل العام يظل كما هو ، وهو على شكل قضيب. يتراوح حجمها بين 1 و 10 ميكرومتر في الطول. يختلف عددها في كل خلية حسب النشاط الأيضي لكل خلية محددة. الهيكل بسيط للغاية ، مع أربع حجرات مختلفة. لها غشاء خارجي أملس وغشاء داخلي معقد للغاية. تؤدي هذه التلافيفات إلى ظهور أعراف. ثم يكون لها فضاء بين الأغشية ، وأخيرًا ، لدينا المصفوفة في الداخل.


غشاء مزدوج

غشاء مزدوج - في الميتوكوندريا والبلاستيدات ، يوجد غشاء ذو ​​طبقتين يحيط بالعضية. يُعتقد أن هذا ناتج عن تعايش جواني ، حيث يأتي الغشاء الخارجي من خلية حقيقية النواة ، وينتمي الغشاء الداخلي إلى بدائيات النوى الأصلية التي تم "ابتلاعها".

أ غشاء مزدوج عبر خط الوسط لخلية نباتية مقسمة ، يتشكل جدار الخلية الجديد بينها أثناء التحلل الخلوي.
نظرية الخلية
تتكون جميع الكائنات الحية من خلايا تنشأ فقط من خلايا أخرى. لم يتم العثور على استثناء لهذين المبدأين منذ اقتراحهما لأول مرة منذ أكثر من قرن.

نواة
غشاء مزدوج حول الكروموسومات والنواة. تسمح المسام بتواصل محدد مع السيتوبلازم. النواة هي موقع لتخليق الحمض النووي الريبي الذي يشكل الريبوسوم.

عضية مغلقة تحتوي على المادة الوراثية DNA وتقوم بمعالجة الحمض النووي الريبي الرسول. محاضرة - نواة الخلية
النواة.

عبر خط الاستواء للخلية المنقسمة التي تتطور من phragmoplast ، فإنها تشير إلى المكان الذي ستتشكل فيه جدران الخلية الجديدة.
جدار الخلية: الطبقة الخارجية الصلبة للخلايا الموجودة في النباتات وبعض الطلائعيات ومعظم البكتيريا. توجد في النباتات المكونة أساسًا من السليلوز.

. هذه ليست مقارنة صحيحة - يتم استخدام غشاء الميتوكوندريا الداخلي لتشغيل مضخات البروتون وإجراء الفسفرة المؤكسدة عبرها لتوليد طاقة ATP.

عضيات الخلية المغلقة الموجودة في سيتوبلازم الخلية. لديها العديد من الوظائف ولكن أهم دور لها هو محطة طاقة الخلايا. يوفر الطاقة في شكل ATP من تكسير جزيئات السكر.

الحمض النووي
دائري (عادة)
الجزيئات الخطية (الكروموسومات) مع بروتينات هيستون
تخليق البروتين / الحمض النووي الريبي
إلى جانب السيتوبلازم.

التي تتشكل عند خط الاستواء لتقسيم الخلايا النباتية خلال الطور الإنقسامي. يتشكل جدار خلوي جديد بين الغشاءين.
النسغ الخلوي السائل داخل فجوة.

نواة الخلية محاطة بـ a

، المعروف باسم الغلاف النووي. يغطي هذا الغشاء ويحمي الحمض النووي من التلف الفيزيائي والكيميائي. وبذلك ، يخلق الغشاء بيئة منفصلة لمعالجة الحمض النووي فيها.

يتم وضع البلاستيدات الخضراء ذات الشكل الإهليلجي في أ

أكثر قابلية للاختراق من الطبقة الداخلية ، والتي تتميز بعدد من بروتينات نقل الغشاء المضمنة.

الذي يفصل محتويات النواة عن السيتوبلازم. المسام النووية فجوات في الغلاف النووي تسمح للمواد بالحركة داخل وخارج النواة. حمض نووي: بوليمر من النيوكليوتيدات يوجد في جميع الكائنات الحية.

الذي يحتوي على مسام لتدخل الجزيئات وتخرج. الغشاء الخارجي للنواة مستمر مع الشبكة الإندوبلازمية ، وهي شبكة من الأغشية في السيتوبلازم.

آسف أن هناك عضية تسمى البلاستيدات الخضراء ويمكنك أن ترى أن لها خاصتها

حولها تمامًا مثل الميتوكوندريا لها غشاءان داخل وخارجها.

النواة محاطة بغلاف نووي ، وهو أ

يحمي النواة ومحتوياتها من الضيوف غير المرغوب فيهم. يجب أن تكون بعض البروتينات في النواة للمساعدة في عمليات مثل النسخ والنسخ.

بنية كبيرة نسبيًا يمكن أن تشغل قدرًا كبيرًا من حجم الخلية ، الميتوكوندريا هي

عضية مرتبطة موجودة في جميع الخلايا حقيقية النواة تقريبًا.

الذي يحيط نواة الخلية. يعمل على فصل الكروموسومات عن باقي الخلية. يشتمل الغشاء النووي على مجموعة من الثقوب أو المسام الصغيرة التي تسمح بمرور مواد معينة ، مثل الأحماض النووية والبروتينات ، بين النواة والسيتوبلازم.

هيكل على شكل كوب ذو طبقة رقيقة

المحيطة بكبيبة كل نفرون من الكلية الفقارية. يعمل كمرشح لإزالة النفايات العضوية والأملاح غير العضوية الزائدة والمياه.

كيس داخلي مملوء بالسوائل يتكون من كيس رفيع

التي تحيط بالجنين في الزواحف والطيور والثدييات.
المصدر: كورتيس ، هيلينا. 1968. علم الأحياء. نيويورك، نيويورك. وورث ناشرون
.

عضية متخصصة في الخلايا النباتية محاطة بـ a

ويحتوي على أغشية داخلية تحتوي على الكلوروفيل (ثايلاكويدات) حيث تحدث تفاعلات امتصاص الضوء لعملية التمثيل الضوئي. (الشكل 16-34)
مسرد كامل.

الميتوكوندريا هي عضيات مرتبطة بالغشاء ، ومثل النواة لها

. الغشاء الخارجي أملس إلى حد ما. لكن الغشاء الداخلي معقد للغاية ، مكونًا طيات (كرستيات) عند مشاهدته في المقطع العرضي. تزيد الكريستالات بشكل كبير من مساحة سطح الغشاء الداخلي.

البلاستيدات الخضراء عضيات شبيهة بالقرص ذات أ

الموجودة في الخلايا النباتية حقيقية النواة تحتوي على ثايلاكويدات وهي موقع لعملية التمثيل الضوئي. يتم إنشاء ATP أثناء عملية التمثيل الضوئي عن طريق التناضح الكيميائي. صورة .

يتم فصل النواة عن السيتوبلازم المحيط بواسطة

حوله ، الغلاف النووي. هذا ينظم تدفق المواد داخل وخارج النواة.
عضيات أخرى.

يحتوي على كروموسومات (جينات مكونة من DNA تتحكم في أنشطة الخلية)
مفصولة عن السيتوبلازم بواسطة غلاف نووي
المغلف مصنوع من

تحتوي على ثقوب صغيرة
تسمى هذه الثقوب الصغيرة المسام النووية (100 نانومتر)
تسمح المسام النووية بنقل البروتينات إلى النواة.

تحتوي الطحالب الخضراء على بلاستيدات خضراء تحتوي على الكلوروفيل أ و ب ، ملزمة بها

ق ، وتأتي في أشكال متنوعة: جلدي ، استعماري ، خيطي ، وحتى بدائي متعدد الخلايا.

وكلا العضيات تستخدم حمضها النووي لإنتاج العديد من البروتينات والإنزيمات اللازمة لوظيفتها. أ

يحيط بكل من الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء ، وهو دليل آخر على أن كلًا منهما قد تم ابتلاعه من قبل مضيف بدائي.

يبلغ متوسط ​​قطر النواة حوالي 5 ميكرون.
يتم فصل النواة عن السيتوبلازم بواسطة a

يسمى الغلاف النووي.

الاختلافات في بنيتها ، الريبوسومات 70S البكتيرية معرضة لهذه المضادات الحيوية بينما الريبوسومات 80S حقيقية النواة ليست كذلك. على الرغم من أن الميتوكوندريا تمتلك ريبوسومات مشابهة لتلك البكتيرية ، إلا أن الميتوكوندريا لا تتأثر بهذه المضادات الحيوية لأنها محاطة بـ


الميتوكوندريا

الميتوكوندريا (مفرد = ميتوكوندريون) تسمى غالبًا "مصانع الطاقة" أو "مصانع الطاقة" للخلية لأنها مسؤولة عن صنع أدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP) ، الجزيء الرئيسي الذي يحمل الطاقة في الخلية. يُعرف تكوين الـ ATP من انهيار الجلوكوز بالتنفس الخلوي. الميتوكوندريا هي عضيات بيضاوية الشكل وذات غشاء مزدوج (شكل 1) التي لها الريبوسومات والحمض النووي الخاصة بها. كل غشاء عبارة عن طبقة ثنائية فسفوليبيد مدمجة مع البروتينات. تحتوي الطبقة الداخلية على طيات تسمى cristae ، والتي تزيد من مساحة سطح الغشاء الداخلي. تسمى المنطقة التي تحيط بها الطيات مصفوفة الميتوكوندريا. للكريستا والمصفوفة أدوار مختلفة في التنفس الخلوي.

تماشياً مع موضوعنا الخاص بوظيفة متابعة الشكل ، من المهم الإشارة إلى أن خلايا العضلات لديها تركيز عالٍ جدًا من الميتوكوندريا لأن الخلايا العضلية تحتاج إلى الكثير من الطاقة للتقلص.

شكل 1يُظهر هذا التصوير المجهر الإلكتروني للإرسال ميتوكوندريا كما يُرى بالمجهر الإلكتروني. لاحظ الأغشية الداخلية والخارجية ، و cristae ، ومصفوفة الميتوكوندريا. (الائتمان: تعديل العمل بواسطة بيانات مقياس ماثيو بريتون من مات راسل)

مثل الميتوكوندريا ، تمتلك البلاستيدات الخضراء أيضًا الحمض النووي والريبوزومات الخاصة بها. البلاستيدات الخضراء وظيفتها في التمثيل الضوئي ويمكن العثور عليها في الخلايا حقيقية النواة مثل النباتات والطحالب. ثاني أكسيد الكربون (CO2) والمياه والطاقة الضوئية لصنع الجلوكوز والأكسجين في عملية التمثيل الضوئي. هذا هو الفرق الرئيسي بين النباتات والحيوانات: فالنباتات (ذاتية التغذية) قادرة على صنع طعامها ، مثل الجلوكوز ، في حين أن الحيوانات (الكائنات غيرية التغذية) يجب أن تعتمد على الكائنات الحية الأخرى لمركباتها العضوية أو مصدر الغذاء.

مثل الميتوكوندريا ، تحتوي البلاستيدات الخضراء على أغشية خارجية وداخلية ، ولكن داخل الفراغ المحاط بالغشاء الداخلي للبلاستيدات الخضراء مجموعة من الأكياس الغشائية المترابطة والمكدسة والممتلئة بالسوائل تسمى الثايلاكويدات (الشكل 2). كل كومة من الثايلاكويدات تسمى جرانوم (جمع = جرانا). يُطلق على السائل المُحاط بالغشاء الداخلي والمُحيط بالجرانا اسم السدى.

الشكل 2يُظهر هذا الرسم التخطيطي المبسط للبلاستيدات الخضراء الغشاء الخارجي ، والغشاء الداخلي ، والثايلاكويدات ، والجرانا ، والسدى.

تحتوي البلاستيدات الخضراء على صبغة خضراء تسمى الكلوروفيل، الذي يلتقط طاقة ضوء الشمس لعملية التمثيل الضوئي. مثل الخلايا النباتية ، تحتوي الطلائعيات الضوئية أيضًا على البلاستيدات الخضراء. تقوم بعض البكتيريا أيضًا بعملية التمثيل الضوئي ، ولكنها لا تحتوي على البلاستيدات الخضراء. توجد أصباغ التمثيل الضوئي الخاصة بهم في غشاء الثايلاكويد داخل الخلية نفسها.

نظرية التعايش الداخلي

لقد ذكرنا أن كل من الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء تحتوي على الحمض النووي والريبوزومات. هل تساءلت لماذا؟ تشير أدلة قوية إلى أن التعايش الداخلي هو التفسير.

التكافل هو علاقة تعيش فيها الكائنات الحية من نوعين منفصلين في ارتباط وثيق وتظهر عادةً تكيفات محددة مع بعضها البعض. التعايش الداخلي (endo- = within) هي علاقة يعيش فيها كائن حي داخل الآخر. تكثر العلاقات التكافلية في الطبيعة. تعيش الميكروبات التي تنتج فيتامين ك داخل أمعاء الإنسان. هذه العلاقة مفيدة لنا لأننا غير قادرين على تصنيع فيتامين ك. وهي مفيدة أيضًا للميكروبات لأنها محمية من الكائنات الحية الأخرى ويتم توفيرها موطنًا ثابتًا وغذاءًا وفيرًا من خلال العيش داخل الأمعاء الغليظة.

لاحظ العلماء منذ فترة طويلة أن البكتيريا والميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء متشابهة في الحجم. نعلم أيضًا أن الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء لها دنا وريبوزومات ، تمامًا كما تفعل البكتيريا. يعتقد العلماء أن الخلايا المضيفة والبكتيريا شكلت علاقة تكافلية متبادلة مفيدة للطرفين عندما ابتلعت الخلايا المضيفة البكتيريا الهوائية والبكتيريا الزرقاء ولكنها لم تدمرها. من خلال التطور ، أصبحت هذه البكتيريا المبتلعة أكثر تخصصًا في وظائفها ، حيث تحولت البكتيريا الهوائية إلى ميتوكوندريا وتحولت بكتيريا التمثيل الضوئي إلى صانعات خضراء.


التنفس في البكتيريا | علم الاحياء المجهري

مثل الكائنات الحية الأخرى ، تتنفس البكتيريا. يؤكسدون المواد الغذائية الموجودة في السيتوبلازم للحصول على الطاقة. تستفيد معظم البكتيريا من الأكسجين الحر الموجود في الغلاف الجوي أو الأكسجين المذاب في البيئة السائلة.

يطلق عليهم اسم البكتيريا الهوائية أو الهوائية. لقد تم تسميتهم لأنهم لا يستطيعون العيش إلا في وجود الأكسجين الحر. الأكسجين الحر ضروري لتنفسهم.

ينتشر الأكسجين الحر من خلال جدار الخلية البكتيرية ويؤكسد المواد الغذائية الموجودة في السيتوبلازم. يحدث التفاعل في خطوتين. تتضمن الخطوة الأولى أكسدة المواد الغذائية بإزالة أزواج من ذرات الهيدروجين.

تتضمن الخطوة الثانية أكسدة ذرات الهيدروجين بالأكسجين مع تحرير الطاقة. يتم التقاط الطاقة المنبعثة في ATP (Adenosine triphosphate) المكون من Adenosine diphosphate (ADP) وحمض الفوسفوريك.

وبالتالي ينتج عن أكسدة الطعام إنتاج ثاني أكسيد الكربون2، ح2O وتشكيل ATP. ينتشر ثاني أكسيد الكربون المكافئ للسيارة إلى الخارج عبر سطح الجسم. السمة المهمة للتنفس ليست التبادل الغازي ولكن تكوين ATP.

إنه مركب في جسم الكائن الحي يلتقط ويخزن الطاقة المنبعثة في التنفس والتي كانت ستنتج الحرارة لولا ذلك.

يتم استخدام الطاقة المحتجزة في ATP تدريجيًا حسب الحاجة لإجراء العديد من التفاعلات في الخلية البكتيرية.

يتم تمثيل التنفس الهوائي بالمعادلة التالية:

البكتيريا اللاهوائية أو البكتيريا اللاهوائية:

هناك عدد كبير من البكتيريا القادرة على العيش والتكاثر في غياب الأكسجين الحر. في الحقيقة هم يموتون في وجود الأكسجين الحر. تحصل هذه البكتيريا الغريبة على الأكسجين لتنفسها من المركبات العضوية مثل السكر.

يطلق عليهم اسم البكتيريا اللاهوائية أو البكتيريا اللاهوائية. من الأمثلة الجيدة على هذا النوع البكتيريا التي تحلل الجلوكوز لتكوين الكحول وثاني أكسيد الكربون.

يتم التنفس اللاهوائي عن طريق إفراز بعض الإنزيمات المؤكسدة. هذا الأخير يؤدي إلى انهيار الأطعمة. يتبع ذلك إعادة ترتيب الذرات داخل الجزيء العضوي.

تمتص مجموعات جزيئية معينة الأكسجين الموجود من المجموعات الأخرى. كمية الطاقة المتاحة من هذا النوع من التنفس أقل بكثير من استخدام الأكسجين الحر.

وذلك لأن جزيئات الجلوكوز لا تتأكسد تمامًا. يبقى الكثير من الطاقة المخزنة في الجلوكوز في الكحول. لا تتطلب بعض البكتيريا اللاهوائية أكسجين مجاني. هم ، في الواقع ، تسمموا أو قتلوا من خلال وجودها.

يمكنهم العيش والتكاثر فقط في حالة عدم وجود أكسجين مجاني. ومن الأمثلة على ذلك بكتيريا الزهري والتيتانوس. تسمى هذه البكتيريا اللاهوائية الملزمة.

هناك أنواع أخرى من البكتيريا اللاهوائية التي يمكن أن تعيش وتنمو سواء كان الأكسجين موجودًا أم لا. يطلق عليهم اللاهوائية الاختيارية.


الميتوكوندريا وموت الخلايا

في العديد من نماذج إصابة الخلايا أو المرض ، يتم تحديد عدم رجوع إصابة الخلية بشكل أساسي من خلال جوانب بيولوجيا الميتوكوندريا. يتم تصنيف موت الخلايا على نطاق واسع على أنه موت الخلايا المبرمج أو نخر & # x02013 مبرمج أو عرضي & # x02013 على الرغم من أن الحدود بين أشكال موت الخلية ليست محددة بوضوح دائمًا. يلعب موت الخلايا المبرمج دورًا مهمًا في التطور المبكر وبعد ذلك في الحياة ، في إزالة الخلايا التالفة دون فقدان الطاقة المرتبط بموت الخلايا النخرية. موت الخلايا المبرمج هو عملية تعتمد على الطاقة ونشطة ومنسقة بينما يكون النخر عادة نتيجة لفشل التمثيل الغذائي الذي يؤدي إلى انهيار الطاقة ، وانهيار التدرجات الأيونية ، وتورم الخلايا وعدم التنظيم الهيكلي.

تتمثل إحدى الآليات الرئيسية التي تحرك موت الخلايا النخرية في فتح mPTP. تتورط فتحة المسام في مجموعة متزايدة من الحالات المرضية في العديد من الأنسجة المختلفة ، على الرغم من أن أقوى حالة تجريبية ربما تكمن في موت الخلايا أثناء الإصابة بنقص التروية وإصابة إعادة التروية في القلب. هذا مهم ومثير لأن المسام هدف علاجي قابل للتطبيق وبالتالي فإن تحديد مشاركته يحمل معه تداعيات على الفرص العلاجية.

تم وصف الفقد المفاجئ لحاجز نفاذية الميتوكوندريا بعد إضافات Ca 2+ أو المؤكسدات المحترفة لأول مرة من قبل Hunter و Hapworth ، وقد تبين لاحقًا أنه ناتج عن فتح مسام موصل كبير في غشاء الميتوكوندريا الداخلي كبير بما يكفي لإيقاع deoxyglucose. 59 يؤدي فتح المسام إلى انهيار إمكانات غشاء الميتوكوندريا ، ونضوب ATP والتقدم السريع لموت الخلايا. لقد تم اقتراح أن المسام يتم إنشاؤه من خلال تحول بروتينات الغشاء مع وظائف أخرى & # x02018normal & # x02019 إلى تكوين تشكيل المسام & # x02013 كان المرشح المفضل هو الأدينين nucleotide translocase (ANT) ، حيث يمكن أن يخضع هذا البروتين مفتاح يعتمد على Ca 2+ إلى شكل تشكيل المسام ، ويتم تعديل فتحة المسام بواسطة الأدوية التي ترتبط بـ ANT. ألقت التجارب الأخيرة على أنسجة فأر ANT بالضربة القاضية علامة استفهام على هذا النموذج تاركة الهوية الجزيئية للمسام غير مؤكدة. من الواضح ، مع ذلك ، أن فتح المسام ينظمه بروتين المصفوفة سيكلوفيلين D (CypD) ، والذي يرتبط بالسيكلوسبورين A (CsA) ، مما يمنع فتح المسام. أصبحت الحماية بواسطة CsA الآن معيارًا لفتح المسام ويتم استخدامها الآن في التجارب السريرية لمشاركة mPTP في العديد من الأمراض. دور mPTP في موت الخلايا أثناء نقص تروية الدم وضخه في القلب واضح ولا لبس فيه ، ويتم تقليل حجم الاحتشاء بشكل واضح في الضربة القاضية CypD. 60،61 تم الآن إظهار الحماية ضد مجموعة متنوعة من الأمراض في ضربة قاضية لـ CypD ، بما في ذلك الحد من أضرار السكتة الدماغية ، والحماية من اعتلال الدماغ التحسسي التجريبي. 62 وبالتالي فإن تحديد موت الخلايا على أنه نخر لا يعني بالضرورة أن الإصابة غير قابلة للعلاج.

يحدث موت الخلية المبرمج أو موت الخلايا المبرمج عبر مسارين للإشارة: (1) المسار الخارجي الذي يتضمن مستقبلات سطح الخلية التي تبلغ ذروتها في تنشيط كاسباس 8 و (2) المسار الجوهري الذي يتطلب نفاذية الغشاء الخارجي للميتوكوندريا. 63 تم تسليط الضوء على الدور المعقد للميتوكوندريا في موت خلايا الثدييات عندما أوضحت العديد من الدراسات أن بروتينات الميتوكوندريا المقيمة كانت قادرة على تحفيز موت الخلايا مباشرة. 2،63،64 في ظل الظروف الخلوية العادية ، تتواجد هذه البروتينات في الفضاء بين الغشاء ، واستجابة لمحفزات الموت يتم إطلاقها في العصارة الخلوية. أنها تعزز موت الخلايا عن طريق تنشيط الكاسبيسات و / أو تثبيط مثبطات العصارة الخلوية لهذه العملية. لذلك فإن المسار الجوهري هو توازن دقيق بين الميتوكوندريا وعوامل خلوية مختلفة وهذا التوازن هو الذي يحكم السلامة الخلوية.

البروتينات Apoptogenic والميتوكوندريا

السيتوكروم ج، وهو مكون أساسي في سلسلة نقل الإلكترون يبدأ موت الخلايا المبرمج عند إطلاقه من الميتوكوندريا. 65 بمجرد إطلاقه ، السيتوكروم ج يرتبط بـ Apaf-1. مزيد من الاستقرار والربط لـ ATP بـ Apaf-1 / السيتوكروم ج النتائج المعقدة في قلة القلة وتشكيل أبوبتوسوم (الشكل & # x000a03). يعرض هذا المركب متعدد النماذج مجالات CARD الخاصة بـ Apaf-1 ، مما يؤدي إلى تشكيل مفتوح. هذا المجمع قادر على تجنيد procaspase-9 ، وتشكيل apoptosome النشط. 66 إنه فقط caspase-9 الذي يمكنه أن يشق وينشط المنفذ النهائي caspase-3. تظهر دراسات فقدان الوظيفة في الفئران أن الضربة القاضية للسيتوكروم ج قاتلة للجنين ، ومع ذلك ، على مستوى الكائن الحي بأكمله ، من الصعب التمييز بين ما إذا كان هذا يرجع إلى حد كبير إلى دوره في الفسفرة المؤكسدة أو موت الخلية. 63 تظهر الدراسات التي أجريت على الخلايا الجذعية الجنينية والأرومات الليفية من هذه الفئران أهمية السيتوكروم ج من حيث محفزات الموت. استجابةً للأشعة فوق البنفسجية ، والإشعاع # x003b3 والعلاج بأدوية العلاج الكيميائي ، فشلت الخلايا في إظهار نشاط كاسباس وهي مقاومة بشكل أساسي لموت الخلايا المبرمج. 64

تنشيط أبوبوتيك عبر المسار الجوهري. تنشط محفزات موت الخلايا المبرمج البروتينات الخاصة بـ BH3 فقط ، مما يؤدي في نفس الوقت إلى تعطيل Bcl-2 وتنشيط انتقال Bax إلى الميتوكوندريا. يخضع باك للفحص بواسطة Mcl-1 و VDAC2 و Bcl-xL. ينتج Bax / Bakoligomerisation في السيتوكروم ج الافراج و MOMP. يتم تنشيط apaf-1 بواسطة السيتوكروم ج ملزم ، لتحل محل مجال CARD. يتشكل apoptosome مع caspase-9 ، مما يؤدي إلى تنشيط caspase-3 ويؤدي إلى موت الخلايا المبرمج.

كان Bcl-2 أول مثال على أحد مكونات الورم الذي يثبط موت الخلايا بدلاً من تعزيز تكاثرها. 67 تصنف عائلة البروتينات Bcl-2 إلى مجموعتين ، مؤيدة للبقاء (Bcl-xإلو Bcl-w و A1 و Mcl-1) ومؤيد الاستماتة (Bax و Bak و Bok و Bid و Bim و Bad و Noxa و Puma). 68،69 يمكن تصنيف البروتينات الأبوطوجينية أيضًا حسب كمية نطاقات التماثل Bcl-2 التي تحتوي عليها. تحتوي فئة البروتينات BH3 فقط على مجال BH3 ولولب أمفيباثي مسؤول عن التفاعل مع أفراد عائلة Bcl-2. 70 تنتقل غالبية بروتينات BH3 فقط إلى الغشاء الخارجي للميتوكوندريا عند محفزات الموت. يعد الانتقال إلى الميتوكوندريا مرحلة حاسمة وأساسية في موت الخلايا حيث أن تفاعل البروتينات BH3 فقط مع أفراد عائلة Bcl-2 المؤيد للاستماتة (Bax and Bak) هو الذي يعزز موت الخلايا. 70 يحدث هذا الانتقال لبروتينات BH3 فقط في وقت واحد مع التغييرات التوافقية وقلة القلة اللاحقة لـ Bax و Bak على سطح الميتوكوندريا. 71

في خلايا الثدييات القابلة للحياة ، يوجد Bax في العصارة الخلوية بكميات صغيرة مرتبطة بشكل فضفاض بسطح الخلية. دورات 72 Bax داخل وخارج الغشاء الخارجي حيث يتم إعادة نقلها إلى العصارة الخلوية بواسطة Bcl-xإل. 73 قد تكون هذه نقطة تفتيش تنظيمية لضمان عدم تراكم مستويات Bax في الميتوكوندريا إلى المستويات التي تؤدي إلى التنشيط التلقائي. على العكس من ذلك ، عند وجود محفزات موت الخلايا المبرمج ، يخضع Bax لتغيير توافقي من خطوتين حيث تتعرض المنطقة الطرفية C الكارهة للماء التي كانت مخبأة داخل الجيب المسعور ، مما يتسبب في انتقال البروتين إلى الميتوكوندريا. 74 يحدث تغيير توافقي ثانٍ عندما تدخل الحلزونات & # x003b15 و & # x003b16 مباشرة في الغشاء الخارجي ، وبلغت ذروتها في نفاذية الغشاء الخارجي للميتوكوندريا (MOMP) والسيتوكروم ج إفراج. 75 الآلية التي تؤدي إلى ارتباط Bax بسطح الميتوكوندريا في الخلايا السليمة غير واضحة ، ومع ذلك ، تشير التجارب التي أجريت على الجسيمات الشحمية إلى أن الاتصال مع طبقة ثنائية الدهون قد يكون كافياً. 76 بالإضافة إلى Bcl-xإل نقطة تفتيش تمنع المستويات المميتة من تراكم Bax على الميتوكوندريا ، قد يعيق تكوين الغشاء الخارجي نفسه ، أي محتوى الكوليسترول ، التغيير التوافقي الكامل المطلوب لتفعيل موت الخلايا المبرمج. 77 يعد تنظيم Bax عملية معقدة تتطلب العديد من البروتينات الإضافية بما في ذلك الباك المؤيد للاستماتة. باك هو بروتين مقيم في الغشاء الخارجي للميتوكوندريا ويحتفظ به في حالة غير نشطة بواسطة VDAC2 و Mcl-1 و Bcl-xإل. 78،79 كما هو الحال مع Bax ، فإنه يتطلب بروتينات BH3 فقط لقلة الدم وتسبب MOMP. 80 في وقت مبكر من عملية التنشيط ، يتعرض مجال BH3 لباك ويتفاعل لاحقًا مع الأخدود الكارهة للماء لجزيء باك آخر. 81 يُقترح أن يشكل كل من Bax و Bak حديثي التقلص مسامًا انتقالية ، مما يسمح ببروتينات الأوبتوجينيك ، مثل السيتوكروم. ج بالمرور ، وتشكيل apoptosome النشط وتشغيل caspases الجلاد المصب لإكمال عملية موت الخلايا المبرمج. 82،83


هيكل الميتوكوندريا

الميتوكوندريا هي عضيات مرتبطة بالغشاء محاطة بغشاء مزدوج.

لديهم غشاء خارجي أملس يحيط بالعضية وغشاء داخلي مطوي. طيات الغشاء الداخلي تسمى cristae ، المفرد منها هو crista ، والطيات هي المكان الذي تحدث فيه التفاعلات التي تخلق طاقة الميتوكوندريا.

يحتوي الغشاء الداخلي على سائل يسمى المصفوفة بينما يمتلئ الحيز بين الغشاء الموجود بين الغشاءين بالسائل.

بسبب هذا الهيكل الخلوي البسيط نسبيًا ، فإن الميتوكوندريا لها وحدتا تخزين منفصلتان فقط: المصفوفة داخل الغشاء الداخلي والفضاء بين الغشاء. يعتمدون على عمليات النقل بين المجلدين لتوليد الطاقة.

لزيادة الكفاءة وتعظيم إمكانات توليد الطاقة ، تخترق طيات الغشاء الداخلي عمق المصفوفة.

نتيجة لذلك ، يحتوي الغشاء الداخلي على مساحة سطح كبيرة ، ولا يوجد أي جزء من المصفوفة بعيدًا عن طية الغشاء الداخلي. تساعد الطيات ومساحة السطح الكبيرة في وظيفة الميتوكوندريا ، مما يزيد من معدل النقل المحتمل بين المصفوفة والفضاء بين الغشاء عبر الغشاء الداخلي.


التنفس الخلوي ، لماذا الغشاء المزدوج في الميتوكوندريا وليس البكتيريا؟ - مادة الاحياء

جميع الخلايا ، سواء كانت بدائية النواة أو حقيقية النواة ، لها بعض السمات المشتركة. هذه السمات المشتركة هي:

الحمض النووي، المادة الوراثية الموجودة في كروموسوم واحد أو أكثر وتقع في منطقة نواة غير مرتبطة بغشاء في بدائيات النوى ونواة مرتبطة بالغشاء في حقيقيات النوى

غشاء بلازمي، طبقة ثنائية الفوسفوليبيد مع البروتينات التي تفصل الخلية عن البيئة المحيطة وتعمل كحاجز انتقائي لاستيراد وتصدير المواد

السيتوبلازم، باقي مادة الخلية داخل غشاء البلازما ، باستثناء المنطقة النووية أو النواة ، التي تتكون من جزء سائل يسمى العصارة الخلوية والعضيات والجسيمات الأخرى المعلقة فيه

1. المادة الوراثية (DNA) موضعية في منطقة تسمى nucleoid ليس لها غشاء محيط.

2. تحتوي الخلية على أعداد كبيرة من الريبوسومات التي تستخدم في تخليق البروتين.

3. في محيط الخلية يوجد غشاء البلازما. في بعض بدائيات النوى ، ينثني غشاء البلازما ليشكل هياكل تسمى الميزوزومات ، وظيفتها غير مفهومة بشكل واضح.

4. خارج غشاء البلازما لمعظم بدائيات النوى يوجد جدار صلب إلى حد ما يعطي الكائن الحي شكله. تتكون جدران البكتيريا من الببتيدوغليكان. في بعض الأحيان هناك كبسولة خارجية. لاحظ أن جدار الخلية بدائيات النوى يختلف كيميائيًا عن جدار الخلية حقيقية النواة للخلايا النباتية والطلائعيات.


هيكل الميتوكوندريا

معظم الميتوكوندريا محاطة بغشاءين ، والذي سينتج عندما يبتلع كائن حي مرتبط بغشاء واحد في فجوة بواسطة كائن حي آخر مرتبط بالغشاء. الغشاء الداخلي للميتوكوندريا واسع النطاق ويتضمن حوافًا كبيرة تسمى cristae تشبه السطح الخارجي المحكم لبكتيريا ألفا البروتينية. المصفوفة والغشاء الداخلي غنيان بالأنزيمات اللازمة للتنفس الهوائي.

الشكل ( PageIndex <1> ): هيكل الميتوكوندريا: يُظهر هذا المجهر الإلكتروني ميتوكوندريا كما يُنظر إليه بواسطة المجهر الإلكتروني النافذ. هذه العضية لها غشاء خارجي وغشاء داخلي. يحتوي الغشاء الداخلي على طيات ، تسمى cristae ، تزيد من مساحة سطحه. المسافة بين الغشاءين تسمى الفضاء بين الغشاء ، والمساحة داخل الغشاء الداخلي تسمى مصفوفة الميتوكوندريا. يحدث تخليق ATP على الغشاء الداخلي.

تحتوي الميتوكوندريا على كروموسوم DNA الدائري الخاص بها (عادةً) والذي يتم تثبيته عن طريق التعلق بالغشاء الداخلي ويحمل جينات مشابهة للجينات التي تعبر عنها البكتيريا البروتينية ألفا. تحتوي الميتوكوندريا أيضًا على ريبوسومات خاصة ونقل الحمض النووي الريبي الذي يشبه هذه المكونات في بدائيات النوى. تدعم كل هذه الميزات الفرضية القائلة بأن الميتوكوندريا كانت ذات يوم بدائيات نوى حرة.


الكشف عن طرق عمل غامضة لبكتيريا الكوليرا

وجد الباحثون أن إنزيمًا في البكتيريا يسبب الكوليرا يستخدم آلية غير معروفة سابقًا في تزويد البكتيريا بالطاقة. نظرًا لعدم وجود الإنزيم في معظم الكائنات الحية الأخرى ، بما في ذلك البشر ، فإن الاكتشاف يقدم نظرة ثاقبة حول كيفية صنع الأدوية لقتل البكتيريا دون الإضرار بالبشر.

قادت بلانكا باركويرا ، أستاذة الأحياء المشاركة في Rensselaer ، فريقًا (بما في ذلك الأستاذ البحثي جويل مورغان وزميل ما بعد الدكتوراه أوسكار جواريز) نُشرت نتائجه في إصدار 28 يونيو من المجلة. وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.

درس الفريق Na + -NQR ، وهو إنزيم يتكون أساسًا من جهازين مرتبطين لتوليد الطاقة من الطعام وشحن غشاء الخلية كهربائيًا. ضمة الكوليرا، تشغيل العديد من الوظائف الخلوية.

ضمة الكوليرا يسبب الكوليرا ، وهو مرض ينتقل في المقام الأول من خلال مياه الشرب الملوثة. تعتبر الكوليرا ، التي يؤدي فيها الإسهال والقيء الشديدان إلى الجفاف السريع ، سببًا رئيسيًا للوفاة في العالم النامي ، وفي أعقاب الكوارث التي تهدد أنظمة المياه.

وجد فريق Rensselaer أن الطريقة التي ترتبط بها الآلتان في Na + -NQR تختلف عن إنزيمات الجهاز التنفسي الأخرى ومن المحتمل أن تتضمن حركة أكثر بكثير للبروتين مما لوحظ في الإنزيمات الأخرى.

ينبع عملهم من الاهتمام بالتنفس الخلوي. ينقل التنفس الخلوي الإلكترونات من الطعام إلى الأكسجين ، وهو ما يرقى إلى الحرق المتحكم فيه. هذه العملية تطلق الطاقة.

قال باركيرا "التنفس الخلوي رائع". "إنها واحدة من أكثر عمليات تحويل الطاقة المعروفة كفاءة ، ومع ذلك ، لا تتطلب درجات حرارة عالية. وقد لفتت هذه الكفاءة انتباه الباحثين."

في الكائنات الحية الأكثر تعقيدًا ، مثل البشر ، تتم عملية توليد الطاقة لخلية - التنفس - في عضيات متخصصة داخل الخلية تسمى الميتوكوندريا.

ولكن في البكتيريا التي تفتقر إلى الميتوكوندريا ، يحدث التنفس في غشاء الخلية. Na + -NQR هو إنزيم تنفسي موجود في غشاء الخلية ضمة الكوليرا.

ينتج الإنزيم الطاقة من خلال التنفس ويستخدم تلك الطاقة لضخ الأيونات خارج الخلية ، وشحن غشاء الخلية كهربائيًا وتوفير الطاقة لجميع وظائف الخلية. على عكس الإنزيمات المماثلة الموجودة في العديد من الحيوانات والبكتيريا ، يضخ Na + -NQR أيونات الصوديوم خارج الخلية ، بدلاً من البروتونات.

تصف ورقة Barquera في PNAS الآلية التي يستخدمها الإنزيم لتحويل الطاقة باستخدام أيونات الصوديوم.

قال باركويرا: "تلعب Na + -NQR نفس دور بروتينات الجهاز التنفسي البشرية ولكنها أصغر بكثير". "نريد أن نفهم كيف يعمل وكيف ينتج الطاقة. إذا فهمنا كيفية عمل Na + -NQR ، يمكننا تعلم المبادئ الأساسية التي تستخدمها الكائنات الحية لتحويل الطاقة ونقل الأيونات."

درس الباحثون الإنزيم بإزالته من غشاء الخلية الداخلي ودراسته في محلول. ازدهر Na + -NQR ، الذي يفضل بيئة من الماء والزيت ، في محلول مشابه للمنظف ، والذي يحاكي الغشاء البكتيري.

وقال باركويرا "لدينا الإنزيم من الغشاء بكل مكوناته". بمجرد عزله ، لاحظ الباحثون الإنزيم وهو ينقل الصوديوم من داخل الخلية إلى خارجها.

كشفت دراستهم أن البروتين نفسه يحرك الأيونات على طول مسار عبر غشاء الخلية.

وقال باركويرا "إنه يعمل بطريقة مختلفة تمامًا عن الإنزيمات الموجودة في البكتيريا والميتوكوندريا الأخرى. يتم التقاط وإطلاق الأيونات عن طريق حركة البروتين".

قال باركويرا إنه من خلال تعديل البروتين بطرق مختلفة ، حدد الباحثون موقع البروتين حيث تبدأ الأيونات وتنتهي من انتقالها على طول البروتين.

بعد ذلك يريدون تحديد المسار الذي يسلكه الأيون على طول البروتين.

وقال باركويرا "يمكننا أن نرى موقع الدخول والخروج. والآن نريد أن نعرف المسار".


شاهد الفيديو: التمرين الثالث: تمرين شامل حول الخلايا السرطانية وفق المنهجية الجديدة (شهر نوفمبر 2022).