معلومة

ما تسمى هذه المسارات في علم الأحياء؟

ما تسمى هذه المسارات في علم الأحياء؟


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.

النظر في مسار فوسفات البنتوز ومسار اختزال الكبريتات في البكتيريا ؛

ما هي هذه الأنواع من التفاعلات تسمى في علم الأحياء؟ تفاعلات التدهور الحيوي أو تفاعلات التحول الحيوي أو أي شيء آخر؟ أرغب في معرفة ما إذا كانت هناك أسماء عامة لهذه الأنواع من المسارات.


اجابة قصيرة
بافتراض أنك ترغب في الحصول على اسم مشترك لكلا المسارين (المختلفين على نطاق واسع!) ، فأنا أتفق بشكل أساسي معChris ، وسأختار المصطلحات العامة ، وهي المسارات الأيضية.

خلفية
مسار البنتوز-الفوسفات ليس ابتنائيًا ولا تقويضيًا ، لذا لن تنفع هذه المصطلحات. ومع ذلك ، يرتبط مسار البنتوز-الفوسفات ارتباطًا وثيقًا بعملية التمثيل الغذائي العام لتزويد الجسم بـ C5 السكريات. لذا فإن المسار الأيضي يبدو صحيحًا بالنسبة لي.

المسار الآخر هو مسار اختزال الكبريتات ، وهو مسار تنفس لاهوائي يستخدم الكبريتات كمستقبل طرفي للإلكترون بدلاً من الأكسجين. إنه ل مسار مختلف تمامًا. ومع ذلك ، فهو أيضًا ليس تقويضيًا أو ابتنائيًا ، ولكنه لا يزال مرتبطًا ارتباطًا وثيقًا بعملية التمثيل الغذائي. وبالتالي ، فإن المسار الأيضي قابل للتطبيق هنا أيضًا.


ما تسمى هذه المسارات في علم الأحياء؟ - مادة الاحياء

مجموعة من حوالي 20 نوعًا من البروتينات القابلة للذوبان تسمى أ نظام كامل، وظائف لتدمير مسببات الأمراض خارج الخلية. تصنع خلايا الكبد والضامة البروتينات التكميلية باستمرار ، وهذه البروتينات وفيرة في مصل الدم وقادرة على الاستجابة الفورية للكائنات الحية الدقيقة المعدية. سمي النظام التكميلي بهذا الاسم لأنه مكمل لاستجابة الجسم المضاد لجهاز المناعة التكيفي. ترتبط البروتينات المكملة بأسطح الكائنات الحية الدقيقة وتنجذب بشكل خاص إلى مسببات الأمراض المرتبطة بالفعل بالأجسام المضادة. يحدث ارتباط البروتينات التكميلية في تسلسل محدد ومنظم للغاية ، حيث يتم تنشيط كل بروتين متتالي عن طريق الانقسام و / أو التغييرات الهيكلية التي تحدث عند ارتباط البروتين (البروتينات) السابق. بعد ارتباط عدد قليل من البروتينات التكميلية الأولى ، تتبع سلسلة من أحداث الارتباط المتسلسلة التي يصبح فيها العامل الممرض سريعًا مغلفًا ببروتينات مكملة.

تؤدي البروتينات المكملة وظائف عديدة. تعمل البروتينات كعلامة للإشارة إلى وجود العامل الممرض للخلايا البلعمية ، مثل البلاعم والخلايا البائية ، وتعزز الابتلاع وتسمى هذه العملية طين. يشير Opsonization إلى عملية مناعية حيث يتم استهداف جزيئات مثل البكتيريا للتدمير بواسطة خلية مناعية تعرف باسم البلعمة. يمكن لبعض البروتينات التكميلية أن تتحد لتشكل معقدات هجومية تفتح المسام في أغشية الخلايا الميكروبية. تدمر هذه الهياكل مسببات الأمراض عن طريق التسبب في تسرب محتوياتها ، كما هو موضح في الشكل 1.

الشكل 1. انقر للحصول على صورة أكبر. يتضمن المسار الكلاسيكي للشلال التكميلي ربط العديد من البروتينات التكميلية الأولية بمسببات الأمراض المرتبطة بالأجسام المضادة متبوعًا بالتنشيط السريع والربط للعديد من البروتينات التكميلية وإنشاء مسام مدمرة في غلاف الخلية الميكروبية وجدار الخلية. لا يتضمن المسار البديل تنشيط الجسم المضاد. بدلاً من ذلك ، يقوم C3 convertase تلقائيًا بتكسير C3. تمنع البروتينات التنظيمية الداخلية المنشأ المركب المتمم من الارتباط بالخلايا المضيفة. يتم تحليل مسببات الأمراض التي تفتقر إلى هذه البروتينات التنظيمية. (الائتمان: تعديل العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحة)


7.6 اتصالات مسارات التمثيل الغذائي للكربوهيدرات والبروتين والدهون

في هذا القسم سوف تستكشف السؤال التالي:

  • كيف ترتبط مسارات التمثيل الغذائي للكربوهيدرات ، وتحلل السكر ، ودورة حمض الستريك مع مسارات التمثيل الغذائي للبروتين والدهون؟

اتصال لدورات AP ®

يرتبط تفكك وتركيب الكربوهيدرات والبروتينات والدهون والأحماض النووية بالمسارات الأيضية لتحلل السكر ودورة حمض الستريك ولكنها تدخل المسارات في نقاط مختلفة. وبالتالي ، يمكن استخدام هذه الجزيئات الكبيرة كمصادر للطاقة الحرة.

المعلومات المقدمة والأمثلة الموضحة في القسم تدعم المفاهيم وأهداف التعلم الموضحة في الفكرة الكبيرة 2 من إطار منهج علم الأحياء AP ® ، كما هو موضح في الجدول. توفر أهداف التعلم المدرجة في إطار المنهج الدراسي أساسًا شفافًا لدورة AP ® Biology ، وتجربة معملية قائمة على الاستفسار ، وأنشطة تعليمية ، وأسئلة اختبار AP ®. يدمج هدف التعلم المحتوى المطلوب مع واحد أو أكثر من الممارسات العلمية السبعة.

المعرفة الأساسية 2-أ -2 الكائنات الحية تلتقط وتخزن الطاقة المجانية لاستخدامها في العمليات البيولوجية.
ممارسة العلوم 6.2 يمكن للطالب بناء تفسيرات للظواهر بناءً على الأدلة المنتجة من خلال الممارسات العلمية.
هدف التعلم 2.5 الطالب قادر على بناء تفسيرات للآليات والميزات الهيكلية للخلايا التي تسمح للكائنات الحية بالتقاط أو تخزين أو استخدام الطاقة المجانية.
المعرفة الأساسية 2-أ 1 تتطلب جميع الأنظمة الحية مدخلات ثابتة من الطاقة المجانية.
ممارسة العلوم 6.1 يمكن للطالب تبرير الادعاءات بالأدلة.
هدف التعلم 2.2 يستطيع الطالب تبرير الادعاء العلمي بأن الطاقة الحرة مطلوبة للأنظمة الحية للحفاظ على التنظيم أو النمو أو التكاثر ، ولكن توجد استراتيجيات متعددة في أنظمة المعيشة المختلفة.

دعم المعلم

ناقش مع الطلاب كيف تتضمن تفاعلات التمثيل الغذائي كلاً من تكسير الجزيئات وتخليق الجزيئات الأكبر. على سبيل المثال كما تمت مناقشته في علم التشريح وعلم وظائف الأعضاء هنا.

تحدث عمليات التمثيل الغذائي باستمرار في الجسم. التمثيل الغذائي هو مجموع جميع التفاعلات الكيميائية التي تشارك في عمليات الهدم والتمثيل الغذائي. ردود الفعل التي تحكم انهيار الغذاء للحصول على الطاقة تسمى التفاعلات التقويضية. على العكس من ذلك ، تستخدم التفاعلات الابتنائية الطاقة الناتجة عن التفاعلات التقويضية لتكوين جزيئات أكبر من الجزيئات الأصغر ، كما هو الحال عندما يشكل الجسم بروتينات عن طريق توتير الأحماض الأمينية معًا. كلا المجموعتين من ردود الفعل حاسمة للحفاظ على الحياة.

لأن التفاعلات التقويضية تنتج الطاقة والتفاعلات الابتنائية تستخدم الطاقة ، من الناحية المثالية ، فإن استخدام الطاقة من شأنه أن يوازن الطاقة المنتجة. إذا كان التغير الصافي للطاقة موجبًا (تطلق التفاعلات التقويضية طاقة أكثر مما تستخدمه التفاعلات الابتنائية) ، فحينئذٍ يخزن الجسم الطاقة الزائدة عن طريق بناء جزيئات دهنية لتخزينها على المدى الطويل. من ناحية أخرى ، إذا كان التغير الصافي للطاقة سالبًا (تطلق التفاعلات التقويضية طاقة أقل من استخدام التفاعلات الابتنائية) ، يستخدم الجسم الطاقة المخزنة للتعويض عن نقص الطاقة الناتج عن الهدم.

اطلب من الطلاب إنشاء تمثيل مرئي لتفاعل مسارات التمثيل الغذائي المختلفة. على سبيل المثال:

تحتوي أسئلة تحدي ممارسة العلوم على أسئلة اختبار إضافية لهذا القسم والتي ستساعدك على التحضير لامتحان AP. تتناول هذه الأسئلة المعايير التالية:
[APLO 2.5] [APLO 2.15] [APLO 3.20] [APLO 1.5] [APLO 1.26] [APLO 4.18]

لقد تعلمت عن هدم الجلوكوز ، الذي يوفر الطاقة للخلايا الحية. لكن الكائنات الحية تستهلك أكثر من الجلوكوز في الغذاء. كيف ينتهي المطاف بساندويتش الديك الرومي باعتباره ATP في خلاياك؟ يحدث هذا لأن جميع المسارات التقويضية للكربوهيدرات والبروتينات والدهون تتصل في النهاية بتحلل السكر ومسارات دورة حمض الستريك (انظر الشكل 7.18). يجب النظر إلى المسارات الأيضية على أنها مسامية - أي تدخل المواد من مسارات أخرى ، وتغادر المواد الوسيطة إلى مسارات أخرى. هذه المسارات ليست أنظمة مغلقة. العديد من الركائز والمواد الوسيطة والمنتجات في مسار معين هي متفاعلات في مسارات أخرى.

وصلات السكريات الأخرى إلى أيض الجلوكوز

الجليكوجين ، بوليمر الجلوكوز ، هو جزيء لتخزين الطاقة في الحيوانات. عندما يكون هناك ما يكفي من ATP ، يتم تحويل الجلوكوز الزائد إلى الجليكوجين للتخزين. يصنع الجليكوجين ويخزن في كل من الكبد والعضلات. سيتحلل الجليكوجين إلى مونومرات جلوكوز 1-فوسفات (G-1-P) إذا انخفضت مستويات السكر في الدم. يسمح وجود الجليكوجين كمصدر للجلوكوز بإنتاج ATP لفترة أطول من الوقت أثناء التمرين. يتم تقسيم الجليكوجين إلى G-1-P وتحويله إلى G-6-P في كل من خلايا العضلات والكبد ، ويدخل هذا المنتج في مسار التحلل.

السكروز هو ثنائي السكاريد مع جزيء جلوكوز وجزيء من الفركتوز مرتبط مع ارتباط جليكوسيد. الفركتوز هو أحد السكريات الأحادية الغذائية الثلاثة ، جنبًا إلى جنب مع الجلوكوز والجلاكتوز (وهو جزء من سكر الحليب ، اللاكتوز ثنائي السكاريد) ، والتي يتم امتصاصها مباشرة في مجرى الدم أثناء الهضم. ينتج هدم كل من الفركتوز والجالاكتوز نفس عدد جزيئات ATP مثل الجلوكوز.

صلات البروتينات بأيض الجلوكوز

يتم تحلل البروتينات بواسطة مجموعة متنوعة من الإنزيمات في الخلايا. في معظم الأحيان ، يتم إعادة تدوير الأحماض الأمينية لتكوين بروتينات جديدة. ومع ذلك ، إذا كانت هناك أحماض أمينية زائدة ، أو إذا كان الجسم في حالة جوع ، فسيتم تحويل بعض الأحماض الأمينية إلى مسارات هدم الجلوكوز (الشكل 7.17). يجب إزالة مجموعتها الأمينية لكل حمض أميني قبل الدخول في هذه المسارات. يتم تحويل المجموعة الأمينية إلى أمونيا. في الثدييات ، يصنع الكبد اليوريا من جزيئي الأمونيا وجزيء ثاني أكسيد الكربون. وبالتالي ، فإن اليوريا هي منتج النفايات الرئيسي في الثدييات ، وينتج من النيتروجين الناتج عن الأحماض الأمينية ، ويترك الجسم في البول.

يمكن للهياكل الكربونية لبعض الأحماض الأمينية (المشار إليها في الصناديق) المشتقة من البروتينات أن تغذي دورة حمض الستريك. (الائتمان: تعديل العمل بواسطة Mikael Häggström)

وصلات التمثيل الغذائي للدهون والجلوكوز

الدهون التي ترتبط بمسارات الجلوكوز هي الكوليسترول والدهون الثلاثية. الكوليسترول هو دهون تساهم في مرونة غشاء الخلية وهي مقدمة لهرمونات الستيرويد. يبدأ تركيب الكوليسترول بمجموعات الأسيتيل ويستمر في اتجاه واحد فقط. لا يمكن عكس العملية.

الدهون الثلاثية هي شكل من أشكال تخزين الطاقة على المدى الطويل في الحيوانات. تتكون الدهون الثلاثية من الجلسرين وثلاثة أحماض دهنية. يمكن للحيوانات أن تصنع معظم الأحماض الدهنية التي تحتاجها. يمكن صنع الدهون الثلاثية وتقسيمها من خلال أجزاء من مسارات هدم الجلوكوز. يمكن فسفرة الجلسرين إلى جلسرين -3 فوسفات ، والذي يستمر من خلال تحلل السكر. يتم تقويض الأحماض الدهنية في عملية تسمى أكسدة بيتا والتي تحدث في مصفوفة الميتوكوندريا وتحول سلاسل الأحماض الدهنية إلى وحدتين كربونيتين من مجموعات الأسيتيل. يتم التقاط مجموعات الأسيتيل بواسطة CoA لتكوين acetyl CoA الذي ينتقل إلى دورة حمض الستريك.

اتصال التطور

مسارات التمثيل الضوئي والتمثيل الغذائي الخلوي

تتكون عمليات التمثيل الضوئي والتمثيل الغذائي الخلوي من عدة مسارات معقدة للغاية. يُعتقد عمومًا أن الخلايا الأولى نشأت في بيئة مائية - "حساء" من العناصر الغذائية - ربما على سطح بعض الطين المسامي. إذا تكاثرت هذه الخلايا بنجاح وارتفعت أعدادها بشكل مطرد ، فسيستتبع ذلك أن الخلايا ستبدأ في استنفاد العناصر الغذائية من الوسط الذي عاشت فيه أثناء نقل العناصر الغذائية إلى مكونات أجسامها. كان من الممكن أن يؤدي هذا الوضع الافتراضي إلى تفضيل الانتقاء الطبيعي لتلك الكائنات الحية التي يمكن أن توجد باستخدام العناصر الغذائية التي بقيت في بيئتها وعن طريق التلاعب بهذه العناصر الغذائية في المواد التي يمكن أن تعيش عليها. الاختيار من شأنه أن يفضل تلك الكائنات الحية التي يمكن أن تستخلص القيمة القصوى من العناصر الغذائية التي يمكنهم الوصول إليها.

تم تطوير شكل مبكر من التمثيل الضوئي الذي سخر طاقة الشمس باستخدام الماء كمصدر لذرات الهيدروجين ، ولكن هذا المسار لم ينتج الأكسجين الحر (التمثيل الضوئي غير المؤكسد). (لم ينتج التمثيل الضوئي المبكر الأكسجين الحر لأنه لم يستخدم الماء كمصدر لأيونات الهيدروجين بدلاً من ذلك ، فقد استخدم مواد مثل كبريتيد الهيدروجين وبالتالي أنتج الكبريت). يُعتقد أن تحلل السكر قد تطور في هذا الوقت ويمكن أن يستفيد من السكريات البسيطة التي يتم إنتاجها ، لكن هذه التفاعلات لم تكن قادرة على استخراج الطاقة المخزنة في الكربوهيدرات بشكل كامل. من المحتمل أن يكون تطور التحلل السكري قد سبق تطور عملية التمثيل الضوئي ، حيث كان مناسبًا تمامًا لاستخراج الطاقة من المواد التي تتراكم تلقائيًا في "الحساء البدائي". استخدم شكل لاحق من التمثيل الضوئي الماء كمصدر للإلكترونات والهيدروجين ، وولد الأكسجين الحر. بمرور الوقت ، أصبح الغلاف الجوي مؤكسجًا ، ولكن ليس قبل إطلاق الأكسجين للمعادن المؤكسدة في المحيط وخلق طبقة "صدأ" في الرواسب ، مما سمح بتأريخ ظهور أول عوامل التمثيل الضوئي الأكسجين. تكيفت الكائنات الحية لاستغلال هذا الجو الجديد الذي سمح للتنفس الهوائي كما نعرفه بالتطور. عندما تطورت العملية الكاملة لعملية التمثيل الضوئي للأكسجين وأصبح الغلاف الجوي مؤكسجًا ، تمكنت الخلايا أخيرًا من استخدام الأكسجين الذي يتم طرده عن طريق التمثيل الضوئي لاستخراج المزيد من الطاقة بشكل كبير من جزيئات السكر باستخدام دورة حمض الستريك والفسفرة المؤكسدة.


تتمتع منظمات المسار الإفرازي بمدخلات مميزة في عملية التشكل المتفرعة أحادية الخلية وتشكيل الأنبوب غير الملحوم في القصبة الهوائية ذبابة الفاكهة

تعمل الأنابيب البيولوجية كقنوات يتم من خلالها توصيل الغازات والمغذيات والسوائل المهمة الأخرى إلى الأنسجة. تتكون معظم الأنابيب البيولوجية من خلايا متعددة متصلة بواسطة تقاطعات طلائية. على عكس هذه الأنابيب متعددة الخلايا ، فإن الأنابيب غير الملحومة أحادية الخلية وتفتقر إلى الوصلات. توجد الأنابيب غير الملحومة في أنظمة الأعضاء المختلفة ، بما في ذلك الأوعية الدموية للفقاريات ، ج.ايليجانس نظام الإخراج ، و ذبابة الفاكهة نظام القصبة الهوائية. ال ذبابة الفاكهة نظام القصبة الهوائية عبارة عن شبكة من الأنابيب المملوءة بالهواء والتي توصل الأكسجين إلى جميع الأنسجة. تتفرع الخلايا المتخصصة داخل نظام القصبة الهوائية ، والتي تسمى الخلايا الطرفية ، على نطاق واسع وتشكل أنابيب غير ملحومة. يتم استقطاب أنابيب القصبة الهوائية الطرفية ويكون للغشاء التجويفي هوية قمي بينما يُظهر الغشاء الخارجي الخصائص القاعدية. على الرغم من أن جوانب مختلفة من الاتجار بالأغشية قد تورطت في تشكل الخلايا الطرفية ، إلا أن متطلبات المسار الإفرازي الدقيق لنمو الغشاء القاعدي والقمي لم يتم توضيحها بعد. في هذه الدراسة ، نوضح أن كل من التهريب المتقدم ، والاتجار الرجعي ، ودمج حويصلة غشاء جولجي إلى البلازما ، كلها مطلوبة للهندسة المتفرعة المعقدة للخلية الطرفية ، لكن مدخلاتها أثناء تكوين التجويف السلس تكون أكثر تنوعًا. تعتبر الوحدة الفرعية COPII ، Sec 31 ، وبروتين موقع الخروج ER ، Sec16 ، أمرًا بالغ الأهمية لبنية الأنبوب دون الخلوي ، في حين أن بروتينات SNARE Syntaxin 5 و Syntaxin 1 و Syntaxin15 مطلوبة لنمو الأنابيب غير الملحومة وصيانتها. تشير هذه البيانات إلى أن المكونات المتميزة للمسار الإفرازي لها مساهمات تفاضلية في نمو الغشاء القاعدي والقمي وصيانته أثناء تشكل الخلية الطرفية.


أمثلة على الهدم

تقويض الكربوهيدرات والدهون

تستخدم جميع الكائنات الحية تقريبًا السكر الجلوكوز كمصدر للطاقة وسلاسل الكربون. يتم تخزين الجلوكوز بواسطة الكائنات الحية في جزيئات أكبر تسمى السكريات. يمكن أن تكون هذه السكريات عبارة عن نشويات أو جليكوجين أو سكريات بسيطة أخرى مثل السكروز. عندما تحتاج خلايا الحيوان إلى الطاقة ، فإنها ترسل إشارات إلى أجزاء الجسم التي تخزن الجلوكوز ، أو تستهلك الطعام. يتم تحرير الجلوكوز من الكربوهيدرات بواسطة إنزيمات خاصة ، في الجزء الأول من الهدم. ثم يتم توزيع الجلوكوز في الجسم ، لتستخدمه الخلايا الأخرى كطاقة. المسار التقويضي تحلل السكر ثم يقوم بتكسير الجلوكوز بشكل أكبر ، مما يؤدي إلى إطلاق الطاقة المخزنة في ATP. من الجلوكوز ، يتم تصنيع جزيئات البيروفات. يتم إنشاء مسارات تقويضية أخرى خلات، وهو جزيء وسيط رئيسي في التمثيل الغذائي. يمكن أن تصبح الأسيتات مجموعة متنوعة من الجزيئات ، من الدهون الفسفورية ، إلى جزيئات الصبغة ، إلى الهرمونات والفيتامينات.

الدهون ، وهي جزيئات دهنية كبيرة ، تتحلل أيضًا عن طريق التمثيل الغذائي لإنتاج الطاقة وتكوين جزيئات أخرى. على غرار الكربوهيدرات ، يتم تخزين الدهون في جزيئات كبيرة ، ولكن يمكن تقسيمها إلى أحماض دهنية فردية. ثم يتم تحويل هذه الأحماض الدهنية من خلال أكسدة بيتا إلى خلات. مرة أخرى ، يمكن استخدام الأسيتات بواسطة الابتنائية ، لإنتاج جزيئات أكبر ، أو كجزء من دورة حمض الستريك مما يدفع التنفس وإنتاج ATP. تستخدم الحيوانات الدهون لتخزين كمية كبيرة من الطاقة لاستخدامها في المستقبل. على عكس النشويات والكربوهيدرات ، فإن الدهون كارهة للماء وتستبعد الماء. بهذه الطريقة ، يمكن تخزين الكثير من الطاقة دون أن يؤدي الوزن الثقيل للماء إلى إبطاء الكائن الحي.

معظم مسار تقويضي متقاربة من حيث أنها تنتهي في نفس الجزيء. يمكّن هذا الكائنات الحية من استهلاك الطاقة وتخزينها في مجموعة متنوعة من الأشكال المختلفة ، مع استمرار القدرة على إنتاج جميع الجزيئات التي تحتاجها في المسارات الابتنائية. مسارات تقويضية أخرى ، مثل تقويض البروتين الذي تمت مناقشته أدناه ، تخلق جزيئات وسيطة مختلفة هي السلائف ، والمعروفة باسم أحماض أمينيةلبناء بروتينات جديدة.

تقويض البروتين

إذا لم يكن هناك مصدر للجلوكوز ، أو كان هناك الكثير من الأحماض الأمينية ، فإن الجزيئات ستدخل مسارات تقويضية أخرى ليتم تقسيمها إلى هياكل كربونية. يمكن دمج هذه الجزيئات الصغيرة في استحداث السكر لإنتاج جلوكوز جديد ، يمكن للخلايا استخدامه كطاقة أو تخزينه في جزيئات كبيرة. أثناء الجوع ، يمكن للبروتينات الخلوية أن تمر عبر الهدم للسماح للكائن الحي بالبقاء على أنسجته حتى يتم العثور على المزيد من الطعام. بهذه الطريقة ، يمكن للكائنات الحية أن تعيش بكميات قليلة من الماء لفترات طويلة للغاية. هذا يجعلها أكثر مرونة في مواجهة الظروف البيئية المتغيرة.


أمثلة على ردود الفعل السلبية

تنظيم سكر الدم

في كل مرة تأكل فيها ، تتحكم آلية التغذية الراجعة السلبية في مستوى السكر في الدم. السكر الرئيسي الموجود في الدم هو الجلوكوز. بعد أن تأكل شيئًا ما ، يمتص جسمك الجلوكوز من مجرى الدم ويضعه في الدم. هذا يزيد من تركيز الجلوكوز ويحفز البنكرياس لإفراز مادة كيميائية تسمى الأنسولين. الأنسولين هو جزيء إشارات خلوية يخبر خلايا العضلات والكبد بامتصاص الجلوكوز. تخزن خلايا الكبد الجلوكوز الزائد على شكل الجليكوجين، سلسلة من الجلوكوز تستخدم كمنتج تخزين. يمكن لخلايا العضلات تخزين الجلوكوز أو استخدامه لصنع ATP والتقلص. أثناء حدوث هذه العملية ، تنضب تركيزات الجلوكوز في الدم. كان الجلوكوز هو الإشارة الرئيسية للبنكرياس لإنتاج الأنسولين. بدونه ، يتوقف البنكرياس عن إنتاج الأنسولين وتتوقف الخلايا عن تناول الجلوكوز. وبالتالي ، يتم الحفاظ على مستويات الجلوكوز في نطاق معين ويمكن لبقية الجسم الوصول إلى الجلوكوز باستمرار. تُرى آلية التغذية الراجعة السلبية في هذا النظام على وجه التحديد في كيف تؤدي مستويات الجلوكوز المرتفعة إلى تشغيل المسار ، مما يؤدي إلى منتج يهدف إلى خفض مستوى الجلوكوز. عندما ينخفض ​​مستوى الجلوكوز بشكل كبير ، يتم إيقاف المسار.

تنظيم درجة الحرارة

الجميع ماصات الحرارة تنظيم درجة حرارتها. ماصات الحرارة هي الحيوانات التي تنظم أجسامها في درجة حرارة مختلفة عن البيئة. يمكنك التفكير في الثدييات والطيور على أنها أكثر ماصات الحرارة شيوعًا. يتم التحكم في معظم المسارات المسؤولة عن تنظيم درجة الحرارة من خلال ردود الفعل السلبية. مع ارتفاع درجة الحرارة ، يتم "تشغيل" الإنزيمات والمسارات في الجسم ، وتتحكم في العديد من السلوكيات مثل التعرق واللهاث والبحث عن الظل. عندما يقوم الحيوان بهذه الأشياء ، تبدأ درجة حرارة الجسم في الانخفاض. يبدأ نشاط هذه المسارات ، التي تحركها الحرارة ، في الانخفاض أيضًا. في النهاية ، يتم الوصول إلى درجة حرارة يتم عندها إغلاق المسار. توجد مسارات أخرى لدرجات الحرارة شديدة البرودة ، ويتم إغلاقها أيضًا بمجرد وصول الجسم إلى درجة الحرارة المثلى. يمكن أن تكون هذه المسارات ترتجف ، أو تبحث عن مأوى ، أو تحرق الدهون. كل هذه الأنشطة تقوم بتسخين الجسم احتياطيًا ويتم إيقافها بواسطة المنتج النهائي لتفاعلاتها ، الحرارة.

ملء خزان المرحاض

يميل العديد من الطلاب إلى النضال مع الأمثلة البيولوجية المجردة للتعليقات السلبية. لا تخف! يستخدم عنصر المنزل البسيط والشائع ردود فعل سلبية كل يوم. يوجد في الخزان الموجود خلف المرحاض كرة أو تطفو على مستوى الماء. عندما تفرغ الخزان ، ينخفض ​​مستوى الماء. يتحرر الضغط الناتج عن العوامة التي كانت تغلق الصمام ، ويتدفق الماء الجديد إلى الخزان. يشبه الصمام الذي يتحكم فيه العوامة إنزيمًا يراقب مستوى المنتج الذي ينتجه. مع زيادة كمية الماء (المنتج) التي تملأ الخزان ، فإن العوامة تقلل ببطء كمية الماء التي يتم إدخالها من خلال الصمام. الصمام مشابه للإنزيم الذي يتم تنظيمه من خلال التغذية المرتدة من منتج يساعد في تكوين خلية أو السماح لها بالدخول.

1. أي مما يلي يمثل ردود فعل سلبية؟
أ. تطلق الصفائح الدموية مواد كيميائية تجذب المزيد من الصفائح الدموية عند ملء الجرح
ب. طائر واحد يفر من حيوان مفترس يحفز ثلاثة طيور ، وهذا بدوره يخيف القطيع كله
ج. في إنتاج حمض أميني ، يتم تثبيط الإنزيم الذي تستخدمه الخلية بعد أن يصل الحمض الأميني إلى تركيز معين

3. أنت تصل إلى موقد ساخن للاستيلاء على العشاء الخاص بك. ينزلق إصبعك من على الوسادة الساخنة ويلامس الطبق الساخن في الفرن. يتم إرسال إشارة إلى عقلك تخبر ذراعك بالتقلص. عندما يتوقف إصبعك عن الحرق ، يمكن لذراعك أن تسترخي. ماذا يمثل هذا السيناريو؟
أ. ردود فعل سلبية
ب. ردود الفعل الإيجابية
ج. قتال أو استجابة طيران


معمل نيوا

يركز مختبر نيوا على فهم كيفية تنظيم الشبكة الإندوبلازمية (ER) ، وهي البوابة إلى المسار الإفرازي ومصدر معظم الدهون وثلث جميع البروتينات الخلوية ، هذه المطالب الوظيفية استجابة للإشارات البيئية أو التنموية أو المرضية المتميزة. يتم تحقيق ذلك من خلال دراسة مسار إشارات الإجهاد يسمى استجابة البروتين غير المطوية (UPR). (1) ندرس كيف يؤدي سوء تنظيم الاستعراض الدوري الشامل إلى الإصابة بأمراض بشرية ، بدءًا من الربو إلى السرطان باستخدام أساليب الفحص عالية الإنتاجية الجزيئية والكيميائية الحيوية والدوائية. (2) اكتشف مختبرنا أيضًا نقطة تفتيش لدورة الخلية في الخميرة تضمن أن تتلقى جميع الخلايا المقسمة كلاً من ER صحيح وظيفيًا وكافيًا من الناحية المكانية خلال كل دورة خلية. كانت هذه واحدة من نقاط التفتيش الأولى لدورة الخلية لتنظيم وراثة المكونات السيتوبلازمية مثل ER وهي تعرف الآن باسم نقطة تفتيش مراقبة الإجهاد ER (ERSU). في الخميرة ، يوقف ERSU وراثة ER ، مما يؤدي إلى كتلة من انقسام الخلايا حتى يمكن إصلاح ER. باستخدام الأساليب البيولوجية والجزيئية للخلايا ، نتناول عملنا الرائد للكشف عن كيفية بدء نقطة تفتيش ERSU استجابةً لإجهاد ER والتواصل مع تقدم دورة الخلية. (3) في الآونة الأخيرة ، قام المختبر باكتشافات أساسية في كل من الخميرة والثدييات تظهر أن إجهاد ER يحفز سفينجوليبيدات معينة وهذه بدورها تعمل كمحفزات رئيسية لنقطة تفتيش دورة خلية ER. (4) علاوة على ذلك ، يتوسع مختبرنا ليشمل مجالًا جديدًا ومثيرًا في بيولوجيا الخلية: كيف تتواصل ER هندسيًا ووظيفيًا مع النواة ، من خلال استخدام علم الوراثة المستندة إلى CRISPR / Cas9 ، والموائع الدقيقة ، وأحدث التقنيات تصوير الخلية الحية. (5) يعد فشل ER في تلبية هذه المطالب سببًا أساسيًا للعديد من الأمراض البشرية ، بما في ذلك السرطانات مثل الورم النقوي المتعدد وسرطان البنكرياس ، بالإضافة إلى أمراض تتراوح من مرض الزهايمر وباركنسون إلى التليف الكيسي والسكري من النوع 2 والسمنة. وبالتالي ، فإن فهم كيفية تنظيم ER وكيفية مواجهته للتحديات التي تطرحها التغيرات التنموية والبيئية المتقلبة باستمرار له أهمية بيولوجية وطبية كبيرة.


ما تسمى هذه المسارات في علم الأحياء؟ - مادة الاحياء

أ. مساران
1. يعمل مساران للإلكترون في غشاء الثايلاكويد: المسار غير الدوري والمسار الدوري.
2. ينتج كلا المسارين ATP ولكن المسار غير الدوري فقط ينتج NADPH.
3. يطلق أحيانًا على إنتاج ATP أثناء عملية التمثيل الضوئي عملية الفسفرة الضوئية ، لذلك تُعرف هذه المسارات أيضًا باسم الفسفرة الضوئية الحلقية وغير الحلقية.

مسار الإلكترون غير الدوري (* ينقسم الماء وينتج NADPH & amp ؛ ATP)

1. يحدث هذا المسار في أغشية الثايلاكويد ويتطلب مشاركة وحدتين لتجميع الضوء: النظام الضوئي الأول (PS I) ونظام الصور الثاني (PS II).
2. النظام الضوئي عبارة عن وحدة ضوئية تتكون من مركب أصباغ ويتم امتصاص الطاقة الشمسية لمستقبل الإلكترون ويتم توليد إلكترونات عالية الطاقة.
3. يحتوي كل نظام ضوئي على مركب أصباغ يتكون من جزيئات الكلوروفيل الأخضر أ وجزيئات الكلوروفيل ب والأصباغ الملحقة البرتقالية والصفراء (على سبيل المثال ، أصباغ كاروتينويد).
4. تنتقل الطاقة الممتصة من جزيء صبغ إلى آخر حتى تتركز في مركز التفاعل الكلوروفيل أ.
5. تصبح الإلكترونات في الكلوروفيل في مركز التفاعل متحمسة لأنها تهرب إلى جزيء متقبل الإلكترون.
6. يبدأ المسار غير الدوري بانتقال إلكترونات PSII من H2O عبر PS II إلى PS I ثم تنتقل إلى NADP +.
7. يمتص مركب الصباغ PS II إلكترونات الطاقة الشمسية عالية الطاقة (e-) تترك مركز التفاعل الكلوروفيل جزيئًا.
8. يأخذ PS II إلكترونات بديلة من H2O ، والتي تنقسم ، وتطلق O2 و H + أيونات:
9. يتم إطلاق الأكسجين كغاز أكسجين (O2).
10. تبقى أيونات H + مؤقتًا داخل مساحة الثايلاكويد وتساهم في تدرج أيون H +.
11. مع تدفق H + إلى أسفل التدرج الكهروكيميائي من خلال مجمعات سينسيز ATP ، يحدث الانقسام الكيميائي.
12. تدخل الإلكترونات منخفضة الطاقة التي تغادر نظام نقل الإلكترون PS I.
13. عندما يمتص المركب الصبغي PS I الطاقة الشمسية ، تترك الإلكترونات عالية الطاقة مركز تفاعل الكلوروفيل a ويتم التقاطها بواسطة متقبل الإلكترون.
14. يقوم متقبل الإلكترون بتمريرها إلى NADP +.
15. يأخذ NADP + H + ليصبح NADPH: NADP + + 2 e- + H + NADPH.
16. يتم استخدام NADPH و ATP بواسطة إلكترونات التدفق غير الحلقية في غشاء الثايلاكويد بواسطة الإنزيمات في السدى أثناء التفاعلات المستقلة عن الضوء.

ج. مسار الإلكترون الدوري
1. يبدأ مسار الإلكترون الدوري عندما يمتص مجمع هوائي PS I الطاقة الشمسية.
2. تترك الإلكترونات عالية الطاقة جزيء الكلوروفيل في مركز تفاعل PS I.
3. قبل أن تعود ، تدخل الإلكترونات وتنتقل إلى أسفل نظام نقل الإلكترون.

أ. تنتقل الإلكترونات من مستوى طاقة أعلى إلى مستوى طاقة أقل.
ب. يتم تخزين الطاقة المنبعثة في شكل تدرج هيدروجين (H +).
ج. عندما تتدفق أيونات الهيدروجين إلى أسفل تدرجها الكهروكيميائي من خلال معقدات سينسيز ATP ، يحدث إنتاج ATP.
د. نظرًا لأن الإلكترونات تعود إلى PSI بدلاً من الانتقال إلى NADP + ، فإن هذا هو سبب تسميتها الدورية وأيضًا سبب عدم إنتاج NADPH.

إنتاج الـ ATP (التناضح الكيميائي)
1. يعمل فضاء الثايلاكويد كخزان لأيونات H + في كل مرة يتم فيها تقسيم H2O ، ويبقى اثنان من H +.
2. تتحرك الإلكترونات من الناقل إلى الناقل ، وتتخلى عن الطاقة المستخدمة لضخ H + من السدى إلى الفضاء الثايلاكويد.
3. تدفق H + من التركيز العالي إلى المنخفض عبر غشاء الثايلاكويد يوفر الطاقة لإنتاج ATP من ADP + P باستخدام إنزيم سينسيز ATP

** الآن هو الوقت المناسب لإلقاء نظرة على الرسوم المتحركة المختلفة لهذه العمليات. الحيلة هي تصويرهم *


غالبًا ما يختار طلاب علم الأحياء وظائف كعلماء أبحاث أو أساتذة جامعيين ، حيث يجب على الطلاب أولاً الحصول على درجة الدكتوراه. في القطاع الخاص ، قد تكون درجة الماجستير و rsquos كافية لمنصب بحث أو تطوير منتج. تجد بعض تخصصات علم الأحياء ، وخاصة تلك التي لديها خبرة بحثية ، وظائف مساعد باحث مباشرة بعد حصولهم على درجة البكالوريوس و rsquos.

ينتقل العديد من طلاب علم الأحياء إلى وظائف في الطب أو بعض المهن الصحية الأخرى. في حين أن التخصص في العلوم البيولوجية ليس شرطًا لكلية الطب (أو الكليات المهنية الأخرى في العلوم الصحية) ، إلا أنه يتمتع بالعديد من المزايا من خلال تعرضه للمبادئ الأساسية لعمليات الحياة و rsquos والأسس النظرية للإجراءات الطبية المعقدة.

ينتقل بعض الطلاب إلى وظائف علمية أخرى مثل التعليم (K & ndash12) أو الأعمال التجارية (مثل مبيعات الأدوية) أو الوظائف في مراكز الطبيعة والمتنزهات والترفيه أو الحكومة.


تم الكشف عن الأدوار الأساسية للجلوكوزامين في الدماغ

باستخدام طرق تصوير جديدة لدراسة التمثيل الغذائي للدماغ ، حدد باحثو جامعة كنتاكي خزان السكر الضروري في الدماغ. يعمل الجليكوجين كمستودع تخزين لجلوكوز السكر.

مختبرات رامون صن ، دكتوراه ، أستاذ مساعد في علم الأعصاب ، مركز ماركي للسرطان في كلية الطب بجامعة كنتاكي ، وماثيو جينتري ، دكتوراه ، أستاذ الكيمياء الحيوية الجزيئية والخلوية ومدير Lafora Epilepsy Cure اكتشفت مبادرة في كلية الطب بجامعة كنتاكي أن الجلوكوز & # 8211 السكر المستخدم لإنتاج الطاقة الخلوية & # 8211 لم يكن السكر الوحيد الموجود في الجليكوجين في الدماغ. يحتوي الجليكوجين في المخ أيضًا على سكر آخر يسمى الجلوكوزامين.

تم نشر الدراسة الكاملة مؤخرًا في استقلاب الخلية.

بعض أشكال الجلوكوزامين ، مثل كبريتات الجلوكوزامين وهيدروكلوريد الجلوكوزامين ، هي مكملات شائعة تستخدم لتحسين حركة المفاصل.

ومع ذلك ، يعد الجلوكوزامين داخل الخلايا سكرًا أساسيًا ضروريًا لسلاسل الكربوهيدرات المعقدة المرتبطة بالبروتينات في عملية تسمى الارتباط بالجليكوزيل. تزين سلاسل السكر هذه البروتينات وتعتبر الزخارف السكرية ضرورية للوظيفة المناسبة للبروتينات التي لا تعد ولا تحصى.

إن اكتشاف أن الجلوكوزامين هو مكون رئيسي من الجليكوجين في الدماغ يوفر نظرة ثاقبة رئيسية للأمراض العصبية التي تسببها التجمعات الخلوية الشاذة التي تشبه الجليكوجين والتي تسمى أجسام بولي جلوكوزان (PGBs).

مرض لافورا هو نوع نادر من الخرف الموروث في مرحلة الطفولة والذي يسببه PGBs وتوضح هذه الدراسة أن مرض Lafora PGBs يحبس الجلوكوزامين ، مما يؤدي إلى العديد من الاضطرابات الخلوية. تتراكم PGBs أيضًا في الدماغ مع تقدم العمر وفي الأشخاص المصابين بأشكال أخرى من الخرف. وبالتالي ، فإن اكتشاف أن الجليكوجين هو أيضًا ذاكرة تخزين مؤقت للجلوكوزامين له آثار واسعة على فهم التغيرات العصبية المرتبطة بالشيخوخة.

باستخدام الأساليب البيوكيميائية ، حدد الباحثون تركيبة السكر في الجليكوجين في العضلات والكبد ودماغ الفئران. على عكس الجليكوجين العضلي ، الذي يحتوي على 1 ٪ فقط من الجلوكوزامين ، والجليكوجين في الكبد ، والذي يحتوي على أقل من 1 ٪ من الجلوكوزامين ، يحتوي الجليكوجين في المخ على 25 ٪ من الجلوكوزامين. & # 8220 اكتشاف أن الجليكوجين في الدماغ يتكون من 25٪ جلوكوزامين كان مذهلاً ، & # 8221 صرحت الشمس.

عند إجراء هذا الاكتشاف المفاجئ ، حددوا بعد ذلك الإنزيمات المسؤولة عن دمج الجلوكوزامين في الجليكوجين وإطلاق الجلوكوزامين من الجليكوجين. مرة أخرى ، كان الاكتشاف غير متوقع لأن هذه الإنزيمات هي نفسها المستخدمة لدمج الجلوكوز في وإطلاق الجلوكوز من الجليكوجين.

لفهم الآثار المترتبة على النتائج التي توصلوا إليها فيما يتعلق بمرض لافورا والمشاكل العصبية الناشئة عن PGBs ، استخدم الباحثون تقنيتهم ​​المطورة حديثًا والتي تسمى مطياف الكتلة عالية الدقة للتنقل الأيوني بمساعدة المصفوفة (MALDI TW IMS) لقياس وتصور كمية الجليكوجين في مناطق مختلفة من الدماغ. كما استخدموا هذه التقنية لتحديد التغيرات في الأنماط المحددة للزينة السكر على البروتينات في مناطق متعددة من الدماغ.

طبق الفريق MALDI TW IMS لتحليل أدمغة الفئران السليمة ونموذجين مختلفين من الفئران لأمراض تخزين الجليكوجين: نموذج لمرض لافورا ونموذج لمرض تخزين الجلوكوز (GSD) من النوع الثالث. علق صن ، & # 8220 هذه التقنية الجديدة تسمح لنا بتحديد كمية هذه السكريات بدقة عالية مع الحفاظ أيضًا على التوزيع المكاني داخل الدماغ فيما يتعلق بمكان وجود السكريات. من الأهمية بمكان أن يمتلك الدماغ السكريات الصحيحة في المكان الصحيح داخل الدماغ. & # 8221

كشفت هذه الدراسات أنه بدون القدرة على تنظيم استقلاب الجليكوجين في الدماغ بشكل صحيح ، لا تتشكل PGBs فقط ، مما يزعج عملية التمثيل الغذائي للخلايا ، ولكن يتم أيضًا تغيير زخرفة السكر للبروتينات. بشكل مثير ، تمكنوا من استعادة زخرفة السكر بالبروتين عن طريق حقن انصهار إنزيم الأضداد (VAL-0417) في أدمغة فئران مرض لافورا لتحطيم PGBs.

إن اكتشاف أن الجلوكوزامين هو أحد المكونات الرئيسية للجليكوجين في المخ يوفر نظرة ثاقبة للأمراض العصبية التي تسببها التراكمات الخلوية الشاذة التي تشبه الجليكوجين والتي تسمى أجسام بولي جلوكوزان (PGBs). الصورة في المجال العام

تظهر النتائج التي توصلوا إليها علاقة مباشرة بين تخزين الجليكوجين غير الطبيعي ووظيفة البروتين المعيبة في الدماغ. Their findings have implications for many other GSDs and congenital disorders of glycosylation, which cause severe neurological symptoms, including epilepsy and dementia.

“Multiple neurological diseases have blockades in these metabolic pathways. I’m sure these pathways are going to be important in other neuro-centric diseases as well. Brain glycogen is comprised of glucose and glucosamine and brain metabolism has to balance both in order to stay healthy,” explained Gentry.

The Gentry and Sun laboratories collaborated with several others from UK College of Medicine including Drs. Craig Vander Kooi, professor of molecular and cellular biochemistry, Charles Waechter, professor of molecular and cellular biochemistry, Lance Johnson, assistant professor of physiology, Christine Brainson, assistant professor of toxicology and cancer biology.

They also worked with researchers from Indiana University School of Medicine including Drs. Anna A. DePaoli-Roach, professor of biochemistry and molecular biology, Peter J. Roach, professor of biochemistry and molecular biology, Thomas D. Hurley, professor of biochemistry and molecular biology. Richard Taylor, professor of chemistry and biochemistry, from the University of Notre Dame, and Richard Drake, professor of cell and molecular pharmacology and experimental therapeutics from the Medical University of South Carolina, also contributed to this work.


شاهد الفيديو: طبيعة العلم وطرائقة - أحياء 1 - نظام المسارات السنة الأولى المشتركة (شهر فبراير 2023).