Ақпарат

Бактерияларда реакция модулінің болуы, бірақ эукариоттарда жоқ (адам)


Статистика бетінен мен M00008 модулі эукариоттарда емес, тек бактерияларда бар екенін білдім. Неліктен олай? Мен барлық қажетті қосылыстар немесе реакциялар адам ағзасында бар екенін және реакцияларға қажетті барлық ферменттердің де адам ағзасында бар екенін байқадым. Онда неге бұл реакция адамдарда болмайды?


Бұл модуль гликолиздің Эмбден-Майерхоф-Парнас жолына балама жол болып табылатын Энтнер-Дюдороф жолын білдіреді.

Энтнер-Дюордофф жолы тек прокариоттарда болады.


Грам-оң және грам-теріс бактериялар

Көптеген бактериялар екі үлкен санатқа жіктеледі: грам оң және грам теріс. Бұл санаттар олардың жасуша қабырғасының құрамына және Грам бояу сынағына реакциясына негізделген. Граммен бояу әдісі, әзірлеген Ганс Кристиан Грам, олардың жасуша қабырғаларының белгілі бір бояғыштар мен химиялық заттарға реакциясы негізінде бактерияларды анықтайды.

Грам оң және грам теріс бактериялар арасындағы айырмашылықтар, ең алдымен, олардың жасуша қабырғасының құрамына байланысты. Грам-позитивті бактериялардың жасуша қабырғалары негізінен бактерияларға тән заттан тұрады пептидогликан, немесе муреин. Бұл бактериялар Грам әдісімен бояудан кейін күлгін түске боялады. Грам теріс бактериялардың жасуша қабырғалары тек жұқа пептидогликан қабаты және грам оң бактерияларда кездеспейтін липополисахаридті компоненті бар сыртқы мембранасы бар. Грам теріс бактериялар Грам әдісімен бояудан кейін қызыл немесе қызғылт түске боялады.


Прокариоттар, Жердің алғашқы тұрғындары

Жасушалық тіршілік қашан және қай жерде басталды? Тіршілік басталған кезде жер бетінде қандай жағдайлар болды? Біз қазір прокариоттардың жер бетіндегі жасушалық өмірдің алғашқы формалары болғанын білеміз және олар өсімдіктер мен жануарлар пайда болғанға дейін миллиардтаған жылдар бойы өмір сүрген. Жер мен оның айының жасы шамамен 4,54 миллиард жыл. Бұл бағалау метеорит материалының Жер мен айдан басқа субстрат материалдарымен бірге радиометриялық датасының дәлелдеріне негізделген. Ертедегі Жердің атмосферасы қазіргіге қарағанда (құрамында молекулярлық оттегі аз) болды және күшті күн радиациясына ұшырады, осылайша, алғашқы организмдер мұхиттың тереңінде немесе жер бетінің алыс жерінде көбірек қорғалған жерде гүлденуі мүмкін еді. Жердің. Осы уақытта жер бетінде күшті жанартаулық белсенділік кең таралған, сондықтан бұл алғашқы организмдер - алғашқы прокариоттар - өте жоғары температураға бейімделген болуы мүмкін. Ертедегі Жер геологиялық сілкіністерге және жанартау атқылауына бейім болғандықтан және күннің мутагендік сәулеленуімен бомбалауға ұшырағандықтан, алғашқы организмдер осы қатал жағдайларға төтеп беруі керек прокариоттар болды.


3-тарау - Анаммокс — өсу физиологиясы, жасуша биологиясы және метаболизм

Анаэробты аммонийді тотықтырғыш (анаммокс) бактериялар азот айналымына (N-цикл) соңғы негізгі қосымша болып табылады. Аноксиктік жағдайда аммонийдің болжамды инертті табиғатына байланысты организмдер шамамен 15 жыл бұрын жоқ болып саналды. Дегенмен, олар бекітілген азот (аммоний, нитрат, нитрит) табылған кез келген аноксиктік жерде бар сияқты. Әртүрлі теңіз экожүйелерінде анаммокс бактериялары бекітілген азоттың негізгі немесе тіпті жалғыз раковинасы болып табылады. Қазіргі есептеулер бойынша, атмосфераға бөлінетін барлық азот газының шамамен 50% осы бактериялар жасайды. Бұдан басқа, микроорганизмдер азотты жою үшін кәдімгі ағынды суларды тазартуға тиімді, үнемді және экологиялық таза балама ретінде қолдануға өте қолайлы болуы мүмкін.

Осы уақытқа дейін бес ұрпаққа бөлінген тоғыз түрлі анаммокс түрі байытылды, бірақ олардың ешқайсысы таза мәдениетте емес. Бұл сан қоршаған орта үлгілерінің 16S rRNA талдаулары ұсынған түрлер континуумының қарапайым көрінісі ғана. Өз орталарында анаммокс бактериялары тек бәсекелестік арқылы ғана емес, сонымен қатар N-циклінің басқа ағзаларымен нәзік метаболикалық өзара әрекеттесу арқылы өседі. Анаммокс бактериялары N-циклдегі өз орны үшін оттегі жоқ кезде аммонийді тотықтыратын бірегей қасиетіне байланысты. Соңғы зерттеулер олар мұны қосылысты гидразинге (Н2Х4), азот оксидінің (NO) тотықтырғыш күшін пайдалану. NO процесстің терминалдық электронды акцепторы нитриттің тотықсыздануы арқылы түзіледі. Гидразиндегі NN байланысының соғуы гидразинсинтазамен катализденеді, өте баяу фермент және оның төмен белсенділігі организмдердің баяу өсу қарқыны мен ұзақ екі еселену уақытын түсіндіреді. Гидразиннің тотығуы нәтижесінде соңғы өнім (N2) және электрондарды тасымалдайтын фосфорлануға да, катаболикалық аралық өнімдерді қалпына келтіруге де инвестицияланған электрондар (N)2Х4, ЖОҚ). Бұдан басқа электрондар СО үшін қалпына келтіру күшін береді2 бекіту. Электронды-транспорттық фосфорлану механизмі тағы бір ерекше сипатқа ие, өйткені ол, ең алдымен, арнайы жасуша органелласында, анаммоксосомада локализацияланған, ол саты тәрізді («басқыш») циклобутан және циклогексан сақина құрылымдарының глицеролипидті қос қабатымен қоршалған.

Аммоний мен нитритті жалғыз субстраттар ретінде пайдалану қарапайым метаболикалық жүйені ұсынуы мүмкін, бірақ керісінше болып көрінеді. Геномды талдау және жүргізіліп жатқан биохимиялық зерттеулер тыныс алу жүйелерінде бұрын-соңды болмаған цитохром жиынтығы бар ішінара түсінілген артықшылықты көрсетеді. в белоктар. Тыныс алу жүйесінің болуы анаммокс бактерияларына метаболизмнің әмбебаптығын береді, оны біз енді ғана түсінеміз. Субстраттарды мамандандырылған пайдалану әртүрлі анаммокс түрлеріне олардың экологиялық орнын қамтамасыз ете алады.


Гендік инженерия техникасы [жоғарыға]

Гендік инженерия өте жас пән болып табылады және тек 1960 жылдардан бастап техниканың дамуының арқасында мүмкін болды. Уотсон мен Крик бұл әдістерді ДНҚ және оның құрылымын 1953 жылы ашқаннан кейін оның қалай жұмыс істейтінін тереңірек түсінуімізге байланысты мүмкін етті. Гендік инженерияның соңғы мақсаты әдетте геннің иесінде экспрессиясы болғанымен, іс жүзінде олардың көпшілігі гендік инженериядағы әдістер мен уақыт генді оқшаулауға, содан кейін оны клондауға жұмсалады. Бұл кестеде біз егжей-тегжейлі қарастыратын техникалар тізімі берілген.

Техника

Мақсат

мРНҚ-ның ДНҚ көшірмесін жасау үшін

ДНҚ-ны белгілі бір нүктелерде кесу, кішкене фрагменттерді жасау

ДНҚ фрагменттерін біріктіру үшін

ДНҚ-ны жасушаларға тасымалдау және репликацияны қамтамасыз ету

Тірі жасушаларға генді жеткізу

Трансформацияланған жасушаларды анықтау

Агар пластинасында бактерия колонияларының дәл көшірмелерін жасау

ДНҚ-ның өте кішкентай үлгілерін күшейту үшін

Белгілі бір реттілігі бар ДНҚ бөлігін анықтау және таңбалау

Тұтас геномдағы белгілі бір генді табу

Жасушадағы геннің экспрессиясын тоқтату

Генді нөлден жасау үшін

ДНҚ фрагменттерін бөлу үшін

* AS Биологияға тікелей кірмейтін қосымша ақпарат. Дегенмен, бұл басқа әдістерді біріктіруге көмектеседі.

1. Комплементарлы ДНҚ [жоғарыға]

Комплементарлы ДНҚ (cDNA) - мРНҚ-дан жасалған ДНҚ. Бұл ферментті пайдаланады кері транскриптаза, ол транскрипцияның кері әрекетін жасайды: ол РНҚ үлгісінен ДНҚ синтездейді. Оны табиғи түрде вирустар тобы шығарады ретровирустар (Оған АҚТҚ кіреді) және бұл олардың жасушаларға енуіне көмектеседі. Гендік инженерияда кері транскриптазаны жасау үшін қолданылады жасанды ген осы диаграммада көрсетілгендей кДНҚ.

Қосымша ДНҚ гендік инженериядағы әртүрлі мәселелерді шешуге көмектесті:

Бұл гендерді табуды айтарлықтай жеңілдетеді. Адам геномында 70 000-ға жуық ген бар және осы көптің ішінен бір генді табу өте қиын (бірақ мүмкін емес) міндет. Алайда, берілген жасуша тек бірнеше генді экспрессиялайды, сондықтан мРНҚ молекуласының бірнеше түрін ғана жасайды. Мысалы, ұйқы безінің b жасушалары инсулинді жасайды, сондықтан инсулинді кодтайтын көптеген мРНҚ молекулаларын жасаңыз. Бұл мРНҚ-ны осы жасушалардан бөліп алуға және инсулин генінің кДНҚ-сын жасауға пайдалануға болады.

2. Шектеу ферменттері [жоғарыға]

Бұл ДНҚ-ны белгілі бір жерлерде кесетін ферменттер. Оларды дұрыс атайды рестрикциялық эндонуклеазалар өйткені олар полинуклеотидтік тізбектің ортасындағы байланыстарды кесіп тастайды. Кейбір шектеу ферменттері түзу екі тізбекті де қиып, түзеді доғал ұштары, бірақ ферменттердің көпшілігі екі жіпте тізбегі кесіп, түзеді жабысқақ ұштары.

Кесілген ұштары «жабысқақ», өйткені оларда комплементарлы тізбектері бар бір тізбекті ДНҚ-ның қысқа созылуы бар. Бұл жабысқақ ұштары жабысады (немесе күйдіру) ДНҚ-ның басқа бөлігіне комплементарлы негіз жұптасуы арқылы, бірақ егер олардың екеуі де қосылыспен кесілген болса ғана. бірдей шектеу ферменті. Рестрикциялық ферменттер жоғары спецификалық болып табылады және ДНҚ-ны тек 4-8 негізгі жұп ұзындығы деп аталатын белгілі бір негіз тізбегінде ғана кеседі. тану тізбектері.

Шектеу ферменттері вирустардан қорғану ретінде бактериялар арқылы табиғи түрде өндіріледі (олар вирустық өсуді «шектейді), бірақ олар ДНҚ-ны нақты жерлерде кесу үшін гендік инженерияда өте пайдалы ("молекулярлық қайшылар"). Рестриктазалармен кесілген ДНҚ-ның қысқа ұзындықтары деп аталады шектеу фрагменттері. Жүзден астам әртүрлі тану реттілігі бар мыңдаған әртүрлі шектеу ферменттері белгілі. Рестрикциялық ферменттер өздері шыққан бактерия түрлерінің атымен аталады, сондықтан ЭкоR1 бастап E. coli штамм R, және ХинdIII бастап Гемофильді тұмау.

3. ДНҚ лигазасы [жоғарыға]

Бұл фермент ДНҚ тізбегіндегі екі нуклеотидті біріктіру арқылы бұзылған ДНҚ-ны қалпына келтіреді. Ол әдетте гендік инженерияда шектеу ферментінің кері әрекетін орындау үшін, яғни комплементарлы шектеу фрагменттерін біріктіру үшін қолданылады.

Жабысқақ ұштары екі қосымша шектеу фрагменттеріне мүмкіндік береді күйдіру, бірақ тек әлсіз сутегі байланыстары арқылы, олар өте оңай бұзылады, айталық, жұмсақ қыздыру арқылы. Омыртқасы әлі толық емес.

ДНҚ лигазасы коваленттік байланыстар түзе отырып, ДНҚ омыртқасын аяқтайды. Сондықтан шектеу ферменттері мен ДНҚ лигазасы әртүрлі көздерден алынған ДНҚ ұзындықтарын біріктіру үшін бірге пайдаланылуы мүмкін.

4. Векторлар [жоғарыға]

Биологияда вектор дегеніміз түрлер арасындағы заттарды тасымалдайтын нәрсе. Мысалы, маса ауру таратқышы болып табылады, өйткені ол адамдарға безгек паразитін тасымалдайды. Гендік инженерияда а векторы біз қалаған генді қабылдаушы жасушаға тасымалдайтын ДНҚ ұзындығы. Вектор қажет, өйткені гені бар ДНҚ-ның ұзындығы өз бетінше қабылдаушы жасушаның ішінде ештеңе жасамайды. Бұл жасушаның қалыпты геномының бөлігі болмағандықтан, ол жасуша бөлінгенде репликацияланбайды, ол экспрессияланбайды және шын мәнінде ол өте тез ыдырайды. Вектор мына қасиеттерге ие бола отырып, осы мәселелерді айналып шығады:

Табиғи түрде кездесетін ДНҚ молекулаларын өзгерту арқылы гендік инженерияда әртүрлі мақсаттар үшін көптеген әртүрлі векторлар жасалды және олар қазір сөреде қол жетімді. Мысалы, а клондау векторы геннің жасуша ішінде көшірілуіне (мүмкін бірнеше рет), бірақ экспрессиялануына әкелетін тізбектерді қамтиды. Ан өрнек векторы геннің жасуша ішінде экспрессиялануын тудыратын тізбектерді қамтиды, жақсырақ ортадағы белгілі бір химиялық зат сияқты сыртқы ынталандыруға жауап ретінде. Әр түрлі ұзындықтағы ДНҚ кірістіру үшін әртүрлі вектор түрлері де бар:

Плазмида

Бактериялық жасанды хромосома (BAC)

5. Плазмидалар [жоғарыға]

Плазмидалар вектордың ең көп таралған түрі болып табылады, сондықтан біз олардың қалай қолданылатынын егжей-тегжейлі қарастырамыз. Плазмидалар - бұл бактерия жасушаларында табиғи түрде кездесетін ДНҚ-ның қысқа дөңгелек биттері. Әдеттегі плазмидада 3-5 ген бар және әдетте бактерия жасушасында плазмиданың шамамен 10 көшірмесі болады. Жасуша бөлінгенде плазмидалар негізгі бактериялық ДНҚ-дан бөлек көшіріледі, сондықтан плазмидтік гендер барлық еншілес жасушаларға беріледі. Олар сондай-ақ бактериялық жасушалар арасындағы гендердің алмасуы үшін табиғи түрде пайдаланылады (олар жыныстық қатынасқа жақын), сондықтан бактериялық жасушалар плазмидті оңай алады. Олар өте кішкентай болғандықтан, оларды пробиркада өңдеу оңай, ал бөгде гендерді шектеу ферменттері мен ДНҚ лигазасының көмегімен оларға оңай енгізуге болады.

Ең көп қолданылатын плазмидалардың бірі R-плазмида (немесе pBR322). Бұл плазмидада репликация шығу тегі, әртүрлі шектеу ферменттері үшін бірнеше тану тізбегі бар (мысалы, атаулары бар). Тынық мұхитындағы Оңтүстік Америка стандартты уақытымен және ЭкоRI) және әртүрлі антибиотиктерге (ампициллин және тетрациклин) төзімділік беретін екі маркер гені.

Төмендегі диаграмма ДНҚ фрагменттерін шектеу және лигаза ферменттері арқылы плазмидаға қалай қосуға болатынын көрсетеді. Мұнда қолданылатын шектеу ферменті (Тынық мұхитындағы Оңтүстік Америка стандартты уақытыI) маркер гендерінің бірінің ортасындағы плазмидті кеседі (бұл неліктен пайдалы екенін кейінірек көреміз). Бөтен ДНҚ плазмидамен жасытады және ДНҚ лигазасымен ковалентті түрде қосылып, түзеді. гибридті вектор (басқаша айтқанда бактериялық және бөгде ДНҚ қоспасы немесе гибридті). Бірнеше басқа өнімдер де түзіледі: кейбір плазмидалар бастапқы плазмиданы қалпына келтіру үшін жай ғана өздерімен бірге қайта құрғатады, ал кейбір ДНҚ фрагменттері тізбектер немесе шеңберлер құру үшін біріктіріледі. Әртүрлі өнімдерді оңай бөлуге болмайды, бірақ маңызды емес, өйткені маркер гендерін кейін дұрыс гибридті векторды анықтау үшін пайдалануға болады.

6. Гендерді тасымалдау [жоғарыға]

Бізге қажетті гендер бар векторлар репликациялануы немесе экспрессиялануы үшін тірі жасушаларға қосылуы керек. Векторды қабылдайтын ұяшықтар деп аталады хост жасушалары, және олар векторды сәтті енгізгеннен кейін олар деп аталады түрлендірілген. Векторлар - бұл жасуша мембраналарын оңай кесіп өтпейтін үлкен молекулалар, сондықтан мембраналар қандай да бір жолмен өткізгіш болуы керек. Хост жасушасының түріне байланысты мұны істеудің әртүрлі әдістері бар.

1. Бактериофагтар (немесе фагтар) бактерияларды зақымдайтын вирустар. Олар мәдениеттегі бактерия жасушаларына үлкен гендерді жеткізудің өте тиімді әдісі.

2. Аденовирустар тыныс алу органдарының ауруларын, соның ішінде суық тиюді тудыратын адам вирустары. Олардың генетикалық материалы қос тізбекті ДНҚ болып табылады және олар гендік терапияда тірі пациенттерге гендерді жеткізу үшін өте қолайлы. Олардың ДНҚ иесінің хромосомаларына қосылмаған, сондықтан ол репликацияланбайды, бірақ олардың гендері экспрессияланады.

Аденовирус генетикалық түрде өзгереді, сондықтан оның қабық ақуыздары синтезделмейді, сондықтан жаңа вирус бөлшектерін жинау мүмкін емес және иесі жасуша өлтірілмейді.

3. Ретровирустар АИТВ-ны қамтитын адам вирустарының тобы. Олар липидті мембранамен қоршалған және олардың генетикалық материалы екі тізбекті РНҚ болып табылады. Инфекция кезінде бұл РНҚ ДНҚ-ға көшіріледі және ДНҚ иесінің хромосомасына қосылады. Бұл бөтен гендер әрбір аналық жасушаға репликацияланатынын білдіреді.

Белгілі бір уақыттан кейін ұйықтап жатқан ДНҚ қосылады және гендер барлық хост жасушаларында экспрессияланады.

7. Генетикалық маркерлер [жоғарыға]

Бұл векторды сәтті қабылдап, трансформацияланған жасушаларды анықтау үшін қажет. Әдістердің көпшілігінде ұяшықтардың 1%-дан азы шын мәнінде векторды алады, сондықтан бұл жасушаларды басқаларынан ажырату үшін маркер қажет. Біз мұны бактериялық хост жасушаларымен қалай жасауға болатынын қарастырамыз, өйткені бұл ең кең таралған әдіс.

R-плазмидада қолданылатын жалпы маркер тетрациклин сияқты антибиотикке төзімділік гені болып табылады. Осы плазмидті алатын бактерия жасушалары осы ген өнімін жасай алады, сондықтан осы антибиотикке төзімді. Осылайша, егер жасушалар тетрациклині бар ортада өсірілсе, барлық қалыпты трансформацияланбаған жасушалар, плазмидада жоқ ДНҚ қабылдаған жасушалар (99%) өледі. 1% трансформацияланған жасушалар ғана аман қалады, содан кейін оларды басқа пластинада өсіруге және клондауға болады.

8. Репликамен қаптау [жоғарыға]

Репликамен қаптау - агар пластинасының дәл көшірмесін жасаудың қарапайым әдісі. Пластинаның өлшемімен бірдей стерильді шүберек төсемі бактериялар өсетін агар пластинасының бетіне басылады. Әрбір колониядағы кейбір жасушалар матаға жабысады. Егер мата жаңа агар пластинасына басылса, кейбір жасушалар жиналып, колониялар жаңа пластинадағы дәл сол позицияларда өседі. Бұл әдістің бірнеше қолданылуы бар, бірақ гендік инженерияда ең көп қолданылатыны - трансформацияланған жасушаларды анықтаудағы басқа мәселені шешуге көмектесу.

Бұл мәселе а қабылдаған жасушаларды ажырату болып табылады гибридті қабылдаған жасушалардан плазмидтік вектор (ішінде бөтен ген бар). қалыпты плазмида. Бұл жерде екінші маркер гені (ампициллинге төзімділік үшін) қолданылады. Егер бөтен ген осы маркер генінің ортасына енгізілсе, маркер гені бұзылып, өзінің тиісті ген өнімін жасамайды. Осылайша, гибридті плазмидасы бар жасушалар ампициллинмен өледі, ал қалыпты плазмидасы бар жасушалар ампициллинге қарсы иммунитетке ие болады. Идентификацияның бұл әдісі біз қалаған жасушаларды өлтіруді көздейтіндіктен, ампициллинге төзімділікті тексеру үшін алдымен мастер агар пластинасын жасап, содан кейін оның реплика пластинасын жасау керек.

Құрамында дұрыс гибридті плазмидтік векторы бар жасушалар колониялары анықталғаннан кейін негізгі пластинадағы сәйкес колонияларды таңдауға және басқа пластинада өсіруге болады.

Антибиотиктерге төзімділік гендерімен R-плазмида 1970 жылдардағы гендік инженерияның алғашқы күндерінен басталады. Соңғы жылдары әртүрлі маркер гендері бар жақсырақ плазмидалар жасалды, олар қажетті жасушаларды өлтірмейді, сондықтан репликалық пластинаны қажет етпейді. Бұл жаңа маркер гендер агар ортасындағы түссіз субстратты оңай көруге болатын көк түсті өнімге айналдыратын ферментті (шын мәнінде лактаза) жасайды. Осылайша, қалыпты плазмидасы бар жасушалар дұрыс ортада көк түске айналады, ал гибридті плазмидасы бар жасушалар ферментті жасай алмайды және ақ болып қалады. Бұл ақ колонияларды оңай анықтауға және басқа тақтаға ауыстыруға болады. Медузадан тасымалданатын тағы бір маркер ген жасыл флуоресцентті ақуызды (GFP) жасайды.

9. Полимеразды тізбекті реакция (ПТР) [жоғарыға]

Гендерді олардың құрамындағы бактериялық жасушаларды клондау арқылы клондауға болады, бірақ бұл үшін бірінші кезекте өте көп ДНҚ қажет. ПТР клондауы мүмкін (немесе күшейту) Бір молекула сияқты кішкентай ДНҚ үлгілері. Бұл 1983 жылы Кари Муллис әзірлеген жаңа әдіс, ол ашқан жаңалығы үшін 1993 жылы Нобель сыйлығын жеңіп алды. Полимеразды тізбекті реакция жай ғана пробиркадағы ДНҚ репликациясы болып табылады. Егер ДНҚ ұзындығы төрт нуклеотидпен (A, T, C және G) және пробиркадағы ДНҚ полимераза ферментімен араласса, онда ДНҚ бірнеше рет репликацияланады. Мәліметтер осы диаграммада көрсетілген:

ПТР толығымен автоматтандырылуы мүмкін, сондықтан бірнеше сағат ішінде ДНҚ-ның кішкентай үлгісін аз күш жұмсай отырып, миллиондаған рет күшейтуге болады. Өнімді клондау, электрофорез немесе гендік зондтар сияқты қосымша зерттеулер үшін пайдалануға болады. ПТР осындай кішкентай үлгілерді пайдалана алатындықтан, оны сот медицинасында қолдануға болады (қан, шаш немесе шәует үлгілерінен алынған ДНҚ) және тіпті мумияланған адам денелерінен, жойылып кеткен жүнді мамонттардан немесе жәндіктерден ДНҚ көшіру үшін пайдаланылуы мүмкін. Юра дәуірінен бері кәріптаспен қапталған. ПТР мәселесінің бірі - бастау үшін жеткілікті таза ДНҚ үлгісі болуы. Кез келген ластаушы ДНҚ да күшейтіледі және бұл, мысалы, сот істерінде қиындықтар тудыруы мүмкін.

10. ДНҚ зондтары [жоғарыға]

Олар белгілі бір реттілігі бар ДНҚ фрагменттерін анықтау және белгілеу үшін қолданылады. Зонд - бұл жай ғана ДНҚ-ның қысқа ұзындығы (ұзындығы 20-100 нуклеотид) жапсырмасы бар. Белгінің екі жалпы түрі қолданылады:

Зондтар әрқашан бір тізбекті және ДНҚ немесе РНҚ-дан жасалуы мүмкін. ДНҚ-ның әртүрлі бөліктерінің қоспасына зонд қосылса (мысалы, шектеу фрагменттері) ол комплементарлы тізбегі бар кез келген ұзындықтағы ДНҚ-мен күйдіріледі (негіздік жұп). Бұл фрагменттер енді таңбаланады және ДНҚ-ның қалған бөліктерінен ерекшеленетін болады. ДНҚ зондтары гендік инженерияда көп қолданылады:

11. Мылтық ату [жоғарыға]

Бұл тұтас геномдағы белгілі бір генді табу үшін қолданылады, бұл шөптен нақыл инені табу сияқты. Бұл шолақ мылтық техникасы деп аталады, өйткені ол геномды (мысалы, жұмсақ нысанаға шолақ мылтықпен ату) және содан кейін біз қалаған нақты ген үшін қоқыстарды сұрыптаудан басталады. Бұл жұмыс істеуі үшін генге арналған гендік зонд қажет, яғни геннің тізбегінің кем дегенде қысқа бөлігі белгілі болуы керек.

12. Антисенс гендер [жоғарыға]

Бұлар жасушадағы геннің экспрессиясын өшіру үшін қолданылады. Принцип өте қарапайым: өшірілетін геннің көшірмесі хост геномына «дұрыс емес» жолмен енгізіледі, осылайша комплементарлы (немесе антисенс) тізбек транскрипцияланады. Жасалған антисенсті мРНҚ екі тізбекті РНҚ құрайтын қалыпты сезімдік мРНҚ-ға қосылады. Рибосомалар мұнымен байланыса алмайды, сондықтан мРНҚ аударылмайды және ген тиімді түрде «өшіріледі».

13. Гендердің синтезі [жоғарыға]

Зертханада нуклеотидтерді дұрыс ретпен біріктіру арқылы генді химиялық жолмен синтездеуге болады. Автоматтандырылған машиналар мұны әлдеқайда жеңілдете алады, бірақ тек шамамен 30 бит шегіне дейін, сондықтан өте аз нақты гендер осылай жасалуы мүмкін (қалай болса да, әдетте cDNA жасау әлдеқайда оңай). Екі инсулин тізбегіне (xx bp) және соматостатин гормонына (42 bp) арналған гендер осылайша синтезделді. Бұл гендік зондтарды жасау үшін өте пайдалы.

14. Электрофорез [жоғарыға]

Бұл ДНҚ-ның әртүрлі бөліктерін ұзындығына қарай бөлу үшін қолданылатын хроматография түрі. Ол әдетте шектеу фрагменттерін бөлу үшін пайдаланылуы мүмкін. ДНҚ үлгілері гельден жасалған жұқа тақтайшаның бір шетіндегі шұңқырларға орналастырылады агароза немесе полиакриламид, және буферлік ерітіндімен жабылған. Гель арқылы электр тогы өтеді. ДНҚ молекуласындағы әрбір нуклеотид теріс зарядталған фосфат тобын қамтиды, сондықтан ДНҚ анодқа (оң электрод) тартылады. Молекулалар гель арқылы диффузиялануы керек, ал ДНҚ-ның кішірек ұзындықтары гель баяулататын үлкенірек ұзындықтарға қарағанда жылдамырақ қозғалады. Сонымен, ДНҚ молекуласының ұзындығы неғұрлым аз болса, гель соғұрлым төмен қарай белгілі бір уақытта қозғалады. Жұмыстың соңында ток өшіріледі.

Өкінішке орай, гельдегі ДНҚ көрінбейді, сондықтан оны көру керек. Мұны істеудің үш жалпы әдісі бар:


Цитоплазмалық құрылымдар

Бактериялардың цитоплазмасында ферменттердің, метаболиттер мен тұздардың жоғары концентрациясы болады. Сонымен қатар, жасуша ақуыздары цитоплазмада шашыраңқы орналасқан рибосомаларда жасалады. Бактериялық рибосомалардың эукариоттық жасушалардағы рибосомалардан айырмашылығы олар кішірек, құрамдас бөліктері аз (эукариоттардағы рРНҚ-ның төрт түрінен және 78 белоктан айырмашылығы рибосомалық РНҚ-ның үш түрінен [рРНҚ] және 55 белоктан тұрады) және тежеледі. эукариоттық рибосомаларға әсер ететін антибиотиктерден басқа антибиотиктермен.

Бактерия цитоплазмасында көптеген инклюзия денелері немесе түйіршіктер бар. Бұл денелер ешқашан мембранамен қоршалмайды және сақтау ыдысы ретінде қызмет етеді. Глюкозаның полимері болып табылатын гликоген көмірсулар мен энергияның қоры ретінде сақталады. Волутин немесе метахроматикалық түйіршіктер құрамында полимерленген фосфат бар және бейорганикалық фосфат пен энергияны сақтау нысанын білдіреді. Көптеген бактерияларда поли-β-гидроксибутир қышқылының полимерлік эфирлері немесе соған байланысты қосылыстарды қамтитын липидті тамшылар болады. Бұл триглицеридтерді сақтау үшін липидті тамшыларды пайдаланатын эукариоттардан айырмашылығы. Бактерияларда сақтау түйіршіктері қолайлы өсу жағдайында түзіледі және қоректік заттар ортадан таусылғаннан кейін тұтынылады. Көптеген су бактериялары газды вакуольдер шығарады, олар құрамында ауасы бар және бактериялардың қалтқылығын реттеуге мүмкіндік беретін белокпен байланысқан құрылымдар. Бактерияларда цитоплазмалық мембрананың өсінділері ретінде түзілетін ішкі мембраналық құрылымдар да болуы мүмкін.


2. Өсімдіктер мен жануарлар жасушалары эукариоттық жасушалардың алуан түрлі екенін көрсетеді

Өсімдіктер мен жануарлар жасушаларын салыстыру эукариоттық жасушалардың мембранамен байланысқан ядролары мен көптеген ұқсас қызметтерді атқаратын органеллалары болғанымен, олардың барлығы бірдей емес екенін көрсетеді.

Мысалы, жануарлардың жасушалары жасушалық тыныс алуды жүзеге асыру үшін жануардың тағамынан алынған глюкозаны пайдаланса, өсімдік жасушалары өздерінің глюкозасын жасау үшін маманданған. фотосинтез. Өсімдік жасушасы хлоропласттар тағамды жасау үшін жарықты пайдалану процесінің кілті болып табылады.

Жануарлар мен өсімдік жасушаларының екеуі де а цитоскелет және плазмалық мембрана. Бұл құрылымдардан басқа өсімдік жасушаларында тірек болады жасуша қабырғасы, ол жануарлар жасушаларында жоқ. Өсімдік жасушаларында да үлкен болады орталық вакуоль бұл оларды қолдайды. Өсімдіктер де, жануарлар да жасушалары көптеген ұсақ заттарды пайдаланады везикулалар қалдықтарды сақтау, материалдарды тасымалдау және басқа да көптеген функцияларды орындау.


Эукариоттарда көптеген органеллалар бар - жасуша ішіндегі құрылымдар

Ядро – анықтаушы құрылым, көбінесе «миға» немесе жасушаның басқару орталығына ұқсайды, ядрода генетикалық материал (ДНҚ және РНҚ) бар, сонымен қатар жасуша ішіндегі басқа органеллалардың қызметін басқарады, басқа аспектілерге мыналар жатады:

  • Ядрошық – жасушаның бөлінуіне қажетті ядродағы қараңғы аймақ, рРНҚ синтезі кезінде аймақ әсіресе тығыз және қараңғы болады.
  • Ядролық қабық – қос мембранада ER-ге қосылған ядро ​​мен цитоплазма арасындағы байланысқа мүмкіндік беретін кеуектер бар.
  • Хроматин - жасуша митозға немесе мейозға белсенді түрде ұшырамаған кезде жіп тәрізді сыртқы түрі бар ДНҚ ақуыздары
  • Хромосомалар – хроматин қысқа, тығыз катушкаларға айналғанда түзілетін жасушаның генетикалық ақпаратын қамтиды.

Цитоплазма – жасушаның плазмалық мембранасында, бірақ ядродан тыс микрофиламенттер мен микротүтікшелер цитоскелеттің қалыптасуына көмектеседі

Цитоскелет Жасуша мембранасына бекітілген белок негізіндегі жіптердің «крест-крест» орналасуы арқылы жасушаға пішін береді; жіптің керілуінің өзгеруі жасуша қозғалысына ықпал етеді, белгілі бір жасушалар микротүтікшелердің, кірпікшелердің және жгутиктердің сыртқы цитоскелетке қосылуы арқылы қозғалады. митоз процесі кезінде хромосомалардың бөлінуіндегі рөлі

Жасуша қабырғасы - өсімдік жасушаларында ең көрнекті және әдетте жануарлар жасушаларында целлюлозадан немесе хитин гликокаликсінен жасалған жұқа қабырғаны берік етеді және жасушалардың бір-бірімен байланысын қамтамасыз етеді.

Митохондрия – жасушаның қуатты бөлігі шар тәрізді қос мембраналық құрылымдарда орналасқан, цитоплазманың барлық жерінде сыртқы қабаты тегіс, ал ішкі мембранада кристалдар бар – шар бойымен керемет үлкен беттік аумақты алуға мүмкіндік беретін «қатпарлар» прогрессиясы, шағын ішкі кеңістікте (матрица) сұйықтық бар, ал ATP (энергия) өндіру үшін қажетті аэробты тыныс алу арқылы тағамды энергияға айналдырады.

Хлоропласт - митохондриялардың өсімдік нұсқасында хлорофилл және фотосинтезге қажетті ферменттер бар, мысалы, митохондриялар, хлоропласттардың өз ДНҚ-сы бар, ол өздігінен репликацияланады.

Рибосома - эукариоттарда ақуыз түзеді

Эндоплазмалық ретикулум (ER) – «жасуша аралық магистраль» деп аталатын ER ядролық қабықшаның тесіктері арасында орналасқан жасушаның айналасындағы материалды тасымалдайды, ER қосылыстарды жасуша ішіне және одан тыс екі түрге тасымалдауға мүмкіндік береді:

  • Дөрекі – рибосомалармен жабылған және құрамында цистерналар немесе қапшықтар бар, өрескел ER ақуыздардың түзілуімен және тасымалдануымен байланысты ядролық қабықтың кеңеюі деп санауға болады.
  • Тегіс – жасушадан зиянды қосылыстар мен уларды кетіруге, детоксикацияға жауапты липидтерді жасайды

Гольджи аппараты/кешені – жасушадан тыс вакуоль арқылы немесе лизосома сияқты жасушаның басқа аймағына тасымалданатын цистерналар ішінде ферменттер немесе ақуыздар сияқты заттарды дайындауға немесе «орауға» жауапты, сонымен қатар ақуыздарды шығарады/түрлендіреді

Лизосома – тамақ көздерін амин қышқылдары (белоктар) немесе энергия (глюкоза) сияқты қолдануға болатын формаларға ыдырату үшін ферментті пайдаланады, сонымен қатар бактерияларды жұтып, жасушаны зиянды зиянкестерден қорғайды.

Вакуоль – өсімдік жасушаларында тамақ пен суды сақтайтын қойма өте үлкен болуы мүмкін және қоректік заттар мен суды сақтаумен қатар өсімдік вакуольдері зат алмасу қалдықтарын және басқа зиянды заттарды сақтай отырып, оларды цитоплазмадан алыс ұстай алады, осылайша өсімдік сау болып қалады.

Жетілдірілген көп жасушалы эукариоттарда жасушалар ішкі және сыртқы байланыста болады. Белгілі бір органдарда органоидтары басым жасушалар болуы мүмкін, мысалы, бауырда лизосомалардың жоғары пайызы бар, бұл денені улы заттардан тазартады.

Өсімдіктер мен жануарлардың тұтас бір тіршілік иесі ретінде тіршілігі жеке жасушалардың қызметі мен өзара әрекеттесуіне байланысты. Бос радикалдардың, аурулардың, вирустардың және паразиттердің әсері көптеген жасушаларға зақым келтіруі мүмкін, ал қоректік диета, аэробты жаттығулар және стрессті шектеу жасушалық деңгейге оң әсер етеді.

Объектив астында

Эукариоттарды микроскоппен қараған кезде органоидтар митоздың немесе жасушаның бөлінуінің алдындағы, кезінде және одан кейінгі сәттерде көбірек көрінеді. Ұлпа үлгілері көбінесе слайдта бірнеше ұяшықтардан тұрады. Түрлі органдардың немесе түрлердің жасушалары әртүрлі көрінсе де, эукариоттардың барлығы бірдей органеллаларды қамтиды.

Микроскопиялық зерттеулер түрлер мен филум арасындағы кішігірім айырмашылықтарды көрсетеді - тіпті сыртқы вариациялар бір немесе екі хромосомалық айырмашылықтардан әлдеқайда көп болып көрінсе де.

Гистология және/немесе патологиядағы фон жасуша аномалияларын тануға көмектеседі. Сонымен қатар, әртүрлі микроскопиялық құралдардың астындағы органеллаларды тану қабілеті эукариоттардың жасушалық деңгейде атқаратын қызметі туралы көбірек ақпарат алуға мүмкіндік береді.

Қараңғы өріс, фазалық контраст және DIC, әртүрлі бояғыштарды пайдалану, фотомикрография мен компьютерлерді пайдалану сияқты әдістер әуесқойлар, студенттер, мұғалімдер, медицина мамандары мен зерттеушілер зерттеу үшін пайдалана алатын әдістердің бірі болып табылады. эукариоттар жасушалық деңгейде.

Сонымен қатар, құрамында кездесетін әртүрлі органоидтарды анықтау дағдыларына ие болу эукариоттар әртүрлі ортада немесе жағдайларда көптеген зерттеу мүмкіндіктерін береді.

Түйіндеме

Ядродан бастап, эукариоттар прокариоттардан айтарлықтай ерекшеленеді, бірақ көптеген химиялық процестер ақуыздар, липидтер, нуклеин қышқылдары және көмірсулар сияқты ұқсас.

Органеллалардың жасуша бөлінуіне дейін, бөліну кезінде және одан кейін айқынырақ болатынын түсіну жасушаның әртүрлі күйдегі бөліктерін тануға көмектеседі. Бұл бір нәрсені қате түрде артефакт деп атауды азайтуы мүмкін.

Эукариоттық жасушалардың әртүрлі күйлерін, түрлер арасындағы жасушалық айырмашылықтарды және тіпті бір түрдің әртүрлі органдарында пайда болатын диспропорцияларды зерттеуге байланысты білім көлемі қызықты.

Әрбір микроскопиялық жасуша, генетикалық кодпен басып шығарылған және ядро ​​арқылы басқарылатын, дұрыс құралдар мен әдістермен оқиғаны ашады, біз эукариоттық жасушадағы әрбір органелланың кезеңдері мен функцияларын бақылай аламыз.

Біржасушалы организмдер туралы толығырақ - Бактериялар, қарапайымдылар, саңырауқұлақтар, балдырлар және археяларды талқылау


Эукариоттық жасушалардың құрамдас бөліктері

Табиғатта пішін мен функция арасындағы байланыс барлық деңгейлерде, соның ішінде жасуша деңгейінде айқын көрінеді және бұл эукариоттық жасушаларды зерттеген кезде анық болады. «Пішін функциядан кейін» принципі көптеген контексттерде кездеседі. Мысалы, құстар мен балықтар ауада немесе суда өмір сүретін ортада жылдам қозғалуға мүмкіндік беретін ықшам денелерге ие. Бұл дегеніміз, жалпы алғанда, құрылымның формасына қарап, оның функциясын шығаруға болады, өйткені екеуі сәйкес келеді.

А эукариоттық жасуша мембранамен байланысқан ядросы және басқа мембранамен байланысқан бөлімдері немесе қапшықтары бар жасуша деп аталады. органеллалар, арнайы функциялары бар. Осы тараудың қалған бөлігінде әртүрлі органеллалардың қызметтері талқыланады. Эукариот сөзі «нағыз ядро» немесе «нағыз ядро» дегенді білдіреді, бұл жасушаларда мембранамен байланысқан ядроның болуын меңзейді. «Органелла» сөзі «кішкентай мүше» дегенді білдіреді және жоғарыда айтылғандай, органеллалар сіздің дене мүшелеріңіздің арнайы қызметтері сияқты арнайы жасушалық қызметтерге ие.

2-сурет Кейбір органеллаларды көрсететін жалпыланған эукариоттық жасуша. (Фото: Mediran, Wikimedia. 14 тамыз 2002 ж.)

Жануарлар да, өсімдіктер де эукариоттар. Олардың түбегейлі ұқсастықтарына қарамастан, жануарлар мен өсімдік жасушаларының арасында таңқаларлық айырмашылықтар бар. Жануарлардың жасушаларында центриолдар, центросомалар (цитоскелеттің астында талқыланады) және лизосомалар болады, ал өсімдік жасушаларында жоқ. Өсімдік жасушаларында жасуша қабырғасы, хлоропластар, плазмодесматалар және сақтау үшін пайдаланылатын пластидтер және үлкен орталық вакуоль болады, ал жануарлар жасушаларында жоқ.


Автор туралы ақпарат

Казуя Яманака және Роланд Д Керстен

Ағымдағы мекен-жайы: JNC корпорациясы, Йокогама зерттеу орталығы, Йокогама, Жапония (K.Y.) Salk биологиялық зерттеулер институты, Сан-Диего, Калифорния, АҚШ (R.D.K.),

Винаяк Агарвал және Абрахим А Эль Гамал: Бұл авторлар бұл жұмысқа бірдей үлес қосты.

Филиалдар

Мұхиттар және адам денсаулығы орталығы, Скриппс мұхиттану институты, Калифорния университеті – Сан-Диего, Ла Джолла, Калифорния, АҚШ

Винаяк Агарвал, Абрахим А Эль Гамал, Эрик Э Аллен және Брэдли С Мур

Теңіз биотехнологиясы және биомедицина орталығы, Скриппс мұхиттану институты, Калифорния университеті – Сан-Диего, Ла Джолла, Калифорния, АҚШ

Казуя Яманака, Деннис Пот, Роланд Д Керстен, Мишель Шорн, Эрик Аллен және Брэдли С Мур

Биологиялық ғылымдар бөлімі, Калифорния университеті – Сан-Диего, Ла Джолла, Калифорния, АҚШ

Скаггс фармация және фармацевтикалық ғылымдар мектебі, Калифорния университеті – Сан-Диего, Ла Джолла, Калифорния, АҚШ


Бейнені қараңыз: Бактериялардын пайда кылуучу бактериялар. (Қаңтар 2022).