معلومة

مستويات الجزيئات الكبيرة في الخلايا الوليدة بعد الانشطار


عندما تخضع بدائيات النوى للانشطار الثنائي ، كيف يتم توزيع الجزيئات الكبيرة غير DNA بين الخليتين الوليدين؟ يتم تحفيز ذلك من خلال التعليقات على سؤال سابق ومناقشة G +. أنا مهتم في المقام الأول بالنماذج الرياضية الصريحة.


نموذج ساذج

بالنسبة للحمض النووي ، يتم إرفاق كل نسخة بجزء مختلف من غشاء الخلية ، لضمان حصول كل من البنات على نسخة. بقدر ما أفهم ، لا توجد آلية محددة للجزيئات الكبيرة الأخرى. إذا سُمح لنا بافتراض أن الجزيئات الكبيرة من غير الحمض النووي يتم توزيعها بشكل موحد من خلال الخلية الأم ، فإن هذا يعني أن الخليتين الوليدين ستتلقى نصف البروتينات ضمن التقلب الإحصائي. هذا له معنى محدد: إذا كان هناك $ N $ جزيئات النوع A في الوالد ، ثم يكون الاختلاف في عدد جزيئات النوع A في الابنتين بعد الانشطار بترتيب $ sqrt {N} $.

ومع ذلك ، قد يكون هذا النموذج خاطئًا. على سبيل المثال ، عندما يتم تشكيل جدار الخلية الجديد ، يمكن أن يحتوي على مضخات محددة توازن مستويات البروتين أقل من الفرصة (ينتج عنها فرق متوسط ​​أقل من $ sqrt {N} $) أو لخلق عدم تناسق أعلى من الصدفة. بشكل متكرر ، قد يكون التوزيع الأولي للجزيئات الكبيرة في الوالد بعيدًا عن التناظر لبعض الأسباب الأخرى. ما هو الحال؟

إذا كان النموذج الساذج صحيحًا ، فهل هناك دليل تجريبي يظهر ذلك صراحة؟


منذ عدة سنوات عملت في مجال الانجذاب الكيميائي البكتيري ، وسؤالك أعاد هذه الورقة إلى الذهن:

JL Spudich & DE Koshland Jr. (1976) الفردية غير الجينية: فرصة في الخلية الواحدة. طبيعة سجية 262:467-471.

أبلغ المؤلفون عن تحليل السلوك الكيميائي للخلايا البكتيرية الفردية من ثقافة واحدة متجانسة. وجدوا اختلافات ملحوظة بين الأفراد ، ونموذجهم المفضل هو ما يشيرون إليه على أنه تباين بواسون في وراثة البروتينات الرئيسية الموجودة بأعداد صغيرة.

وفقًا لـ ISI Web of Science ، تم الاستشهاد بهذه الورقة 241 مرة - يفترض على الأقل أن بعض هذه الأوراق قد تكون حول أمثلة أخرى أكثر حداثة لهذا النوع من الظاهرة.


الانشطار الثنائي: التعريف وعملية أمبير

على عكس الخلايا حقيقية النواة الموجودة في أشكال الحياة الأعلى ، فإن الخلايا بدائية النواة ، مثل البكتيريا وحيدة الخلية ، لديها لا نواة ولا يمكن أن تتكاثر عن طريق تكرار كروموسومات النواة.

بدلاً من ذلك ، يتكاثرون بعملية تسمى الانشطار الثنائي ، حيث تنقسم الخلية ببساطة إلى قسمين. جزء من استراتيجية بقاء البكتيريا هو التكاثر بأسرع ما يمكن عندما تكون الظروف مواتية. عندما تكون درجة الحرارة مناسبة ويكون الطعام متاحًا ، يسمح الانشطار الثنائي بالنمو السريع للخلايا.

لا يزال يتعين أن تكون الخلايا الجديدة مماثلة للخلايا الأم ، لذلك يجب أن تكون المادة الجينية متطابقة. هذا يعني أنه يجب تكرار جزيئات الحمض النووي للخلية أثناء عملية الانشطار الثنائي. على الرغم من أن هذا يضيف خطوات إضافية ، إلا أن الانشطار الثنائي لا يزال أبسط وأسرع بكثير من خلية حقيقية النواة التكاثر ومناسب تمامًا لسلوك البكتيريا.


شرح نمو خلايا البكتيريا & ndash! (مع الشكل) | علم الاحياء المجهري

تنمو الخلية البكتيرية الفردية في الحجم ، عندما تكون الظروف البيئية مواتية لنموها. تنمو كل خلية لتضاعف حجمها تقريبًا (الشكل 2.15).

في حالة البكتيريا الكروية ، يتضاعف قطر الخلية ، بينما في حالات أخرى ، تتمدد الخلية لمضاعفة طولها الأصلي.

يسمى هذا النمو & # 8216 النمو الخلوي & # 8217. بعد أن تبلغ الخلية البكتيرية ضعف حجمها تقريبًا ، تنقسم إلى خليتين من خلال عملية تسمى & # 8216 الانشطار الثنائي & # 8217. وهكذا ، يحدث تكاثر البكتيريا من خلال الانشطار الثنائي. يشير المصطلح ثنائي إلى أن كل خلية بكتيريا أم تنقسم (انشطار: انقسام) إلى خليتين (ثنائية: اثنتين) من الخلايا البكتيرية.

أثناء الانقسام ، ينمو غشاء الخلية وجدار الخلية في منتصف الخلية الأم إلى الداخل من الجوانب المتقابلة حتى يلتقي كل منهما الآخر ومن جدار فاصل يسمى "الحاجز".

يقسم الحاجز الخلية إلى نصفين متساويين ، ثم يقرصان لاحقًا لتشكيل خليتين جديدتين ، يتكاثر جزيء الحمض النووي الخاص به إلى جزيئين متشابهين من الحمض النووي ، بحيث تتلقى كل خلية ابنة جزيء DNA واحدًا. يتم أيضًا تقسيم المواد الخلوية الأخرى بالتساوي بين الخليتين الوليدين.

نمو البكتيريا:

في حالة النباتات والحيوانات الأعلى ، فإن النمو يعني زيادة حجم الفرد. على الرغم من أن كل خلية بكتيرية تنمو أيضًا من خلال زيادة حجمها ، إلا أن هذا النمو الخلوي يصعب إدراكه عادةً وهو قليل الأهمية ، بل هو عدد الخلايا التي يتم إنتاجها في نهاية فترة زمنية معينة ، والتي يمكن إدراكها وتحديدها. أهمية.

لهذا السبب & # 8216 نمو البكتيريا & # 8217 يعرف بأنه زيادة في عدد خلايا البكتيريا. & # 8216 معدل النمو & # 8217 للبكتيريا يعرف بأنه الزيادة في عدد الخلايا البكتيرية لكل وحدة زمنية. يُطلق على الوقت اللازم لمضاعفة عدد سكان معين من البكتيريا اسم & # 8216 Generation time & # 8217 أو & # 8216 وقت مضاعفة & # 8217. وهي تختلف بين البكتيريا من بضع دقائق إلى بضع ساعات.

النمو الأسي أو اللوغاريتمي:

نظرًا لأن نمو البكتيريا يحدث من خلال الانشطار الثنائي ، فإن بكتيريا واحدة (1) تنمو بمعدل 1،2،4،8،16 وما إلى ذلك ، والتي يمكن التعبير عنها أيضًا على أنها 1 × 2 0 ، 1 × 2 1 ، 1 × 2 2، 1 x 2 3، 1 x 2 4، & # 8230 & # 8230 & # 8230 & # 8230 & # 8230 & # 8230 .. 1 x 2 n على التوالي. يسمى هذا النوع من النمو ، الذي يتضاعف فيه عدد الخلايا خلال كل وحدة زمنية (وقت التوليد) ، & # 8216 النمو الأسي & # 8217 أو & # 8216 النمو اللوغاريتمي & # 8217. النمو اللوغاريتمي أسرع بكثير من النمو الحسابي (1 ، 2 ، 3 ، 4 ، 5 ، 6 ، 7 ، # 8230.) أو النمو الهندسي (1 ، 2 ، 4 ، 8 ، 16 ، 32 & # 8230 & # 8230).

على الرغم من أنه يتبع نموًا هندسيًا على ما يبدو ، إلا أنه ينمو بعد عدة أجيال ليصبح 1 ، 10 ، 100 ، 1000 ، 10000 & # 8230 & # 8230 & # 8230. (10 0، 10 1، 10 2، 10 3، 10 4 & # 8230 & # 8230 ..) لمن القيم اللوغاريتمية 0، 1، 2، 3، 4 & # 8230 & # 8230 .. على التوالي؟

إذا كان العدد الأولي للبكتيريا هو N0 بدلاً من 1 ، ثم بعد & # 8216n & # 8217 عدد الأجيال ، سيكون العدد النهائي للبكتيريا (N) هو N0× 2 ن.

وبالتالي ، يمكن الحصول على العدد النهائي للبكتيريا باستخدام المعادلة التالية:

N: العدد النهائي للبكتيريا ،

ن0: العدد الأولي للبكتيريا و

معادلة معرفة عدد الأجيال (ن) مشتق من المعادلة أعلاه على النحو التالي:

= & GT Log N = log (N.0 × 2 ن) (مع تسجيل كلا الجانبين)

= & GT Log N = log N0 + تسجيل 2 ن (& # 8230 سجل أ س ب = سجل أ + سجل ب)

= & GT Log N = log N0 + ن سجل 2 (& # 8230 سجل أ س = س سجل أ)

منحنى النمو:

يحدث نمو البكتيريا في أربع مراحل كما هو موضح أدناه. يعطي مخطط سجل عدد البكتيريا مقابل الوقت منحنى نموذجي يسمى & # 8216 منحنى النمو & # 8217 (الشكل 2.16).

عندما يتم تلقيح لقاح من البكتيريا في وسط استنبات جديد مناسب ، فإن النمو اللوغاريتمي الطبيعي عادة لا يبدأ فورًا بل يبدأ بعد فترة زمنية معينة. هذا الفاصل الزمني بين التلقيح وبداية النمو اللوغاريتمي الطبيعي للبكتيريا يسمى & # 8216lag phase & # 8217.

خلال هذه الفترة ، تتأقلم البكتيريا مع البيئة الجديدة لوسط الاستزراع الطازج ، والذي يختلف عن البيئة التي تم أخذها منها. في هذه المرحلة ، تنمو البكتيريا ببطء شديد من خلال الانقسام عن طريق الانشطار الثنائي. لذلك ، في منحنى النمو ، تنحدر مرحلة التأخر إلى الأعلى قليلاً فقط.

عادة لا تحدث مرحلة التأخر ، إذا تم أخذ اللقاح من ثقافة متنامية بشكل كبير وتم تلقيحها في وسط استزراع جديد مشابه لذلك ، والذي تم أخذها منه والحفاظ عليها في ظل ظروف نمو مماثلة.

2. مرحلة التسجيل (المرحلة الأسية):

خلال هذه الفترة ، تنمو البكتيريا بأسرع معدل بطريقة لوغاريتمية (أسية). أقصى نمو يحدث خلال هذه المرحلة. يظل وقت التوليد ومعدل النمو ثابتًا تقريبًا. لذلك ، في منحنى النمو ، تُظهر مرحلة السجل ارتفاعًا حادًا من نهاية مرحلة التأخر.

في المرحلة الثابتة ، يظل عدد الخلايا في المزرعة ثابتًا تقريبًا. النمو الأسي إلى أجل غير مسمى أمر مستحيل ويمكن مقارنته بقصة شحاذ فقير يخدع ملكًا من خلال طلب صدقة بسيطة مضاعفة أعواد الثقاب كل يوم لمدة عام بدءًا من واحدة. (1،2،4،8،16،32،64،128،256،512،1024، 2048،4096،8192،16384، 32768، 65536،131072،262144،5 24288، 1048576، 2097152، 4194304، 8388608،16777216، 3354432، 670888،16777216، 3354432، 67088 13417728، 26835456، 53670912، & # 8230 & # 8230 & # 8230 & # 8230 & # 8230 & # 8230 & # 8230 .. فقط في شهر واحد).

كما تم حساب أن البكتيريا التي تزن 10-12 جرامًا فقط ولها وقت جيل 20 دقيقة ، إذا نمت بشكل أسي لمدة 48 ساعة ، ستنتج مجموعة تزن حوالي 4000 مرة من وزن الأرض.

لا يستمر النمو الأسي إلى أجل غير مسمى ويتوقف بعد مرور بعض الوقت لسببين: أ) يصبح وسط الاستزراع مكتظًا بالسكان بحيث يتم استخدام العناصر الغذائية الأساسية الموجودة فيه وتصبح غير متوفرة بعد وقت ما و ب) بسبب الزيادة السكانية ، تتراكم مستقلبات النفايات السامة التي تنتجها البكتيريا إلى مستويات مثبطة.

هذه تؤدي إلى بداية موت خلايا البكتيريا في المزرعة. على الرغم من أن الخلايا تتكاثر عن طريق الانشطار الثنائي ويستمر النمو بلا هوادة ، فإن عدد الخلايا المنتجة يساوي تقريبًا عدد الخلايا التي تموت. هذا يؤدي إلى المرحلة الثابتة.

4. مرحلة الانحدار (مرحلة الموت):

في هذه المرحلة ، يتناقص عدد الخلايا البكتيرية في المزرعة. مع تراكم المزيد والمزيد من المستقلبات السامة في الوسط ، تبدأ المزيد والمزيد من الخلايا في الموت. وهذا يؤدي إلى موت خلايا أكثر مما ينتج. نتيجة لذلك ، يتناقص عدد الخلايا. تحدث مرحلة الوفاة أيضًا بشكل أسي (لوغاريتميًا) ، ولكن بمعدل أبطأ بكثير من مرحلة النمو الأسي.


ملخص

في كل من انقسام الخلايا بدائية النواة وحقيقية النواة ، يتم تكرار الحمض النووي الجيني وتخصيص كل نسخة في خلية ابنة. تنقسم محتويات السيتوبلازم أيضًا بالتساوي إلى الخلايا الجديدة. ومع ذلك ، هناك العديد من الاختلافات بين انقسام الخلايا بدائية النواة وحقيقية النواة. تحتوي البكتيريا على كروموسوم DNA دائري واحد وليس لها نواة. لذلك ، فإن الانقسام ليس ضروريًا في انقسام الخلايا البكتيرية. يتم توجيه الحركة الخلوية البكتيرية بواسطة حلقة مكونة من بروتين يسمى FtsZ. ينتج عن نمو الغشاء ومواد جدار الخلية من محيط الخلايا حاجزًا يشكل في النهاية جدرانًا خلوية منفصلة للخلايا الوليدة.


علم الأحياء 171

بنهاية هذا القسم ، ستكون قادرًا على القيام بما يلي:

  • وصف عملية الانشطار الثنائي في بدائيات النوى
  • اشرح كيف أن بروتينات FtsZ و tubulin هي أمثلة على التماثل

بدائيات النوى ، مثل البكتيريا ، تنتج خلايا ابنة عن طريق الانشطار الثنائي. بالنسبة للكائنات أحادية الخلية ، فإن الانقسام الخلوي هو الطريقة الوحيدة لإنتاج أفراد جدد. في كل من الخلايا بدائية النواة وحقيقية النواة ، تكون نتيجة تكاثر الخلية زوجًا من الخلايا الوليدة المتطابقة وراثيًا مع الخلية الأم. في الكائنات أحادية الخلية ، تكون الخلايا الوليدة أفرادًا.

لتحقيق نتائج النسل المستنسخ ، هناك خطوات معينة ضرورية. يجب تكرار الحمض النووي الجيني ثم تخصيصه في الخلايا الوليدة ، يجب أيضًا تقسيم محتويات السيتوبلازم لإعطاء كلتا الخلايا الجديدة الآلية الخلوية للحفاظ على الحياة. كما رأينا مع الخلايا البكتيرية ، يتكون الجينوم من كروموسوم DNA دائري واحد ، وبالتالي فإن عملية انقسام الخلية مبسطة. إن الحركة الحركية غير ضرورية لأنه لا توجد نواة حقيقية وبالتالي ليست هناك حاجة لتوجيه نسخة واحدة من الكروموسومات المتعددة إلى كل خلية ابنة. يسمى هذا النوع من الانقسام الخلوي بالانشطار الثنائي (بدائية النواة).

الانشطار الثنائي

نظرًا للبساطة النسبية لدائيات النوى ، فإن عملية انقسام الخلية هي عملية أقل تعقيدًا وأسرع بكثير من الانقسام الخلوي في حقيقيات النوى. كمراجعة للمعلومات العامة حول انقسام الخلايا التي ناقشناها في بداية هذا الفصل ، تذكر أن كروموسوم الحمض النووي الفردي الدائري للبكتيريا يحتل موقعًا محددًا ، المنطقة النووية ، داخل الخلية (مراجعة). على الرغم من أن الحمض النووي للنيوكليويد يرتبط بالبروتينات التي تساعد في تعبئة الجزيء في حجم مضغوط ، فلا توجد بروتينات هيستون وبالتالي لا توجد نيوكليوسومات في بدائيات النوى. ومع ذلك ، فإن بروتينات التعبئة للبكتيريا مرتبطة ببروتينات cohesin و condensin المشاركة في ضغط كروموسوم حقيقيات النوى.

يرتبط الكروموسوم البكتيري بغشاء البلازما عند نقطة منتصف الخلية تقريبًا. نقطة البداية للنسخ المتماثل ، الأصل ، قريبة من موقع ارتباط الكروموسوم بغشاء البلازما ((الشكل)). يكون تكرار الحمض النووي ثنائي الاتجاه ، حيث يبتعد عن الأصل على كلا خيوط الحلقة في وقت واحد. عندما يتم تشكيل الخيوط المزدوجة الجديدة ، تتحرك كل نقطة أصل بعيدًا عن مرفق جدار الخلية باتجاه الأطراف المقابلة للخلية. مع استطالة الخلية ، يساعد الغشاء المتنامي في نقل الكروموسومات. بعد أن تزيل الكروموسومات نقطة المنتصف للخلية الممدودة ، يبدأ الفصل السيتوبلازمي. إن تشكيل حلقة مكونة من وحدات متكررة من بروتين يسمى FtsZ (اختصار لـ "متحولة Z الحساسة للحرارة الخيطية") يوجه التقسيم بين النوكلييدات. يؤدي تكوين حلقة FtsZ إلى تراكم البروتينات الأخرى التي تعمل معًا لتجنيد مواد غشاء وجدار خلوي جديدة إلى الموقع. يتشكل الحاجز بين النيوكلييدات الابنة ، ويمتد تدريجياً من المحيط باتجاه مركز الخلية. عندما تكون جدران الخلايا الجديدة في مكانها ، تنفصل الخلايا الوليدة.


يعد التوقيت الدقيق وتشكيل المغزل الانقسامي أمرًا بالغ الأهمية لنجاح انقسام الخلايا حقيقية النواة. من ناحية أخرى ، لا تخضع الخلايا بدائية النواة لعملية karyokinesis وبالتالي لا تحتاج إلى المغزل الانقسامي. ومع ذلك ، فإن بروتين FtsZ الذي يلعب دورًا حيويًا في الحركية الخلوية بدائية النواة يشبه إلى حد كبير من الناحية الهيكلية والوظيفية التوبولين ، وهو اللبنة الأساسية للأنابيب الدقيقة التي تشكل ألياف المغزل الانقسامية الضرورية للانقسام النووي حقيقية النواة. يمكن لبروتينات FtsZ أن تشكل خيوطًا وحلقات وهياكل أخرى ثلاثية الأبعاد تشبه الطريقة التي يشكل بها التوبولين الأنابيب الدقيقة والمريكزات ومكونات الهيكل الخلوي المختلفة. بالإضافة إلى ذلك ، يستخدم كل من FtsZ و tubulin نفس مصدر الطاقة ، GTP (غوانوزين ثلاثي الفوسفات) ، لتجميع وتفكيك الهياكل المعقدة بسرعة.

تعتبر FtsZ و tubulin هياكل متجانسة مشتقة من أصول تطورية مشتركة. في هذا المثال ، FtsZ هو بروتين سلف لتوبيولين (بروتين مشتق تطوريًا). بينما يوجد كلا البروتينين في الكائنات الحية الموجودة ، فقد تطورت وظيفة التوبولين وتنوعت بشكل كبير منذ أن تطورت من أصلها بدائية النواة FtsZ. يكشف مسح لمكونات التجميع الانقسامية الموجودة في حقيقيات النوى أحادية الخلية الحالية عن خطوات وسيطة حاسمة للجينومات المعقدة المحاطة بالغشاء من حقيقيات النوى متعددة الخلايا ((الشكل)).

جهاز تقسيم الخلية بين الكائنات الحية المختلفة
هيكل المادة الجينية تقسيم المواد النووية فصل الخلايا الوليدة
بدائيات النوى لا توجد نواة. يوجد الكروموسوم الأحادي الدائري في منطقة من السيتوبلازم تسمى النواة النووية. يحدث من خلال الانشطار الثنائي. عندما يتم تكرار الكروموسوم ، تنتقل النسختان إلى نهايتين متقابلتين للخلية بواسطة آلية غير معروفة. تتجمع بروتينات FtsZ في حلقة تقطع الخلية إلى قسمين.
بعض المحتجين توجد الكروموسومات الخطية في النواة. تلتصق الكروموسومات بالمغلف النووي الذي يظل سليما. يمر المغزل الانقسامي عبر المغلف ويطيل الخلية. لا يوجد مريكزون. تشكل الألياف الدقيقة ثلمًا انقسامًا يقرص الخلية إلى قسمين.
الطلائعيات الأخرى توجد الكروموسومات الخطية الملتفة حول الهستونات في النواة. يتشكل المغزل الانقسامي من المريكزات ويمر عبر الغشاء النووي ، والذي يظل سليماً. ترتبط الكروموسومات بالمغزل الانقسامي ، الذي يفصل الكروموسومات ويطيل الخلية. تشكل الألياف الدقيقة ثلمًا انقسامًا يقرص الخلية إلى قسمين.
خلايا حيوانية توجد الكروموسومات الخطية في النواة. يتكون المغزل الانقسامي من الجسيمات المركزية. الغلاف النووي يذوب. ترتبط الكروموسومات بالمغزل الانقسامي ، الذي يفصل الكروموسومات ويطيل الخلية. تشكل الألياف الدقيقة ثلم انشقاقي يقرص الخلية إلى قسمين.

ملخص القسم

في كل من انقسام الخلايا بدائية النواة وحقيقية النواة ، يتم تكرار الحمض النووي الجيني ثم يتم تخصيص كل نسخة في خلية ابنة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تقسيم محتويات السيتوبلازم بالتساوي وتوزيعها على الخلايا الجديدة. ومع ذلك ، هناك العديد من الاختلافات بين انقسام الخلايا بدائية النواة وحقيقية النواة. تحتوي البكتيريا على كروموسوم DNA دائري واحد ولكن لا يوجد نواة. لذلك ، فإن الانقسام (karyokinesis) ليس ضروريًا في انقسام الخلايا البكتيرية. يتم توجيه الحركة الخلوية البكتيرية بواسطة حلقة مكونة من بروتين يسمى FtsZ. ينتج عن نمو الغشاء ومواد جدار الخلية من محيط الخلايا تكوين حاجز يبني في النهاية جدران الخلية المنفصلة للخلايا الوليدة.

إستجابة مجانية

قم بتسمية المكونات المشتركة لانقسام الخلايا حقيقية النواة والانشطار الثنائي.

المكونات الشائعة لانقسام الخلايا حقيقية النواة والانشطار الثنائي هي تكرار الحمض النووي ، وفصل الكروموسومات المضاعفة ، وتقسيم محتويات السيتوبلازم.

صف كيف يتم توزيع الكروموسومات البكتيرية المضاعفة في خلايا ابنة جديدة دون اتجاه المغزل الانقسامي.

عندما يتم تكرار الكروموسوم ، يتحرك كل أصل بعيدًا عن نقطة بداية النسخ المتماثل. ترتبط الكروموسومات بغشاء الخلية عن طريق البروتينات ونمو الغشاء حيث تساعد الخلية في استطالة حركتها.

قائمة المصطلحات


خلفية

العديد من الكائنات أحادية الخلية تتقدم في العمر: مع مرور الوقت ، تنقسم بشكل أبطأ وتموت في النهاية. في الخميرة الناشئة ، يؤدي الفصل غير المتماثل للضرر الخلوي إلى شيخوخة الخلايا الأم وبنات متجددة. نحن نفترض أن الكائنات الحية التي ينقصها هذا التباين ، أو يمكن تعديلها ، قد لا تخضع للشيخوخة.

نتائج

أجرينا تحليلاً كاملاً لنسب المستعمرات الصغيرة لخميرة الانشطار شيزوساكارومايس بومب ينمو من خلية واحدة. عندما نمت الخلايا في ظل ظروف مواتية ، لم تظهر أي من السلالات شيخوخة ، والتي يتم تعريفها على أنها زيادة متتالية في وقت الانقسام وزيادة احتمالية الموت. في ظل ظروف مواتية ، مات عدد قليل من الخلايا ، وكان موتها عشوائيًا ومفاجئًا بدلاً من اتباع زيادة تدريجية في وقت الانقسام. يرتبط موت الخلايا بوراثة مجاميع البروتين المرتبطة بـ Hsp104. بعد الإجهاد ، تقدم العمر الخلايا التي ورثت التكتلات الكبيرة ، مما يدل على زيادة متتالية في وقت الانقسام وزيادة احتمالية الموت. أخواتهم ، الذين ورثوا القليل من المجاميع أو لم يرثوا ، لم يتقدموا في السن.

الاستنتاجات

نستنتج أن S. بومبي لا يتقدم في العمر في ظل ظروف نمو مواتية ، ولكنه يفعل ذلك تحت الضغط. يبدو أن هذا الانتقال سلبي أكثر من كونه نشطًا وينتج عن تكوين مجموعة كبيرة واحدة ، والتي تفصل بشكل غير متماثل في الانقسام الخلوي اللاحق. نحن نجادل بأن هذا الفصل غير المتماثل الناجم عن الضرر قد تطور للتضحية ببعض الخلايا حتى يتمكن البعض الآخر من البقاء دون أن يصاب بأذى بعد ضغوط بيئية شديدة.


مراجع

Palade ، G.E. دراسة بالمجهر الإلكتروني لهيكل الميتوكوندريا. J. هيستوكيم. سيتوتشيم. 1, 188–211 (1953).

Bereiter-Hahn، J. سلوك الميتوكوندريا في الخلية الحية. كثافة العمليات القس Cytol. 122, 1–63 (1990).

Skulachev ، V. P. خيوط ومجموعات الميتوكوندريا ككابلات داخل الخلايا لنقل الطاقة. اتجاهات Biochem. علوم. 26, 23–29 (2001).

Collins ، T. J. ، Berridge ، M. J. ، Lipp ، P. & amp Bootman ، M.D. الميتوكوندريا غير متجانسة شكليًا ووظيفيًا داخل الخلايا. EMBO J. 21, 1616–1627 (2002).

Detmer، S.A & amp Chan، D. C. وظائف واختلالات ديناميكيات الميتوكوندريا. القس الطبيعة مول. خلية بيول. 8, 870–879 (2007).

Hoppins، S.، Lackner، L. & amp Nunnari، J. الآلات التي تقسم وتدمج الميتوكوندريا. Annu. القس Biochem. 76, 751–780 (2007).

Okamoto ، K. & amp Shaw ، J. M. مورفولوجيا وديناميكيات الميتوكوندريا في الخميرة وحقيقيات النوى متعددة الخلايا. Annu. القس جينيه. 39, 503–536 (2005).

Martens، S. & amp McMahon، H. T. آليات اندماج الأغشية: لاعبون متباينون ومبادئ مشتركة. القس الطبيعة مول. خلية بيول. 9, 543–556 (2008).

Hales، K.G & amp Fuller، M. T. اندماج الميتوكوندريا المنظم تنمويًا بوساطة رواية محفوظة ، وتوقعت GTPase. زنزانة 90, 121–129 (1997). يُبلغ عن تحديد أول وسيط معروف لانصهار الميتوكوندريا ، وفي نفس الوقت يصف دور الاندماج في إعادة تشكيل الميتوكوندريا أثناء تكوين الحيوانات المنوية.

Rapaport ، D. ، Brunner ، M. ، Neupert ، W. & amp Westermann ، B. Fzo1p هو بروتين غشاء خارجي للميتوكوندريا ضروري للتكوين الحيوي للميتوكوندريا الوظيفية في خميرة الخميرة. J. بيول. تشيم. 273, 20150–20155 (1998).

هيرمان ، جي جي وآخرون. يتطلب اندماج الميتوكوندريا في الخميرة GTPase Fzo1p عبر الغشاء. J. خلية بيول. 143, 359–373 (1998).

كانازاوا ، ت. وآخرون. ال C. ايليجانس متماثل Opa1 EAT-3 ضروري لمقاومة الجذور الحرة. بلوس جينيت. 4، e1000022 (2008).

Santel، A. & amp Fuller، M. T. التحكم في مورفولوجيا الميتوكوندريا بواسطة ميتوفوسين بشري. J. خلية علوم. 114, 867–874 (2001).

Fritz ، S. ، Rapaport ، D. ، Klanner ، E. ، Neupert ، W. & amp Westermann ، B. اتصال الأغشية الخارجية والداخلية للميتوكوندريا بواسطة Fzo1 أمر بالغ الأهمية للاندماج العضوي. J. خلية بيول. 152, 683–692 (2001).

Rojo، M.، Legros، F.، Chateau، D. & amp Lombes، A. طوبولوجيا الغشاء واستهداف الميتوكوندريا للميتوفوسين ، متماثلات الثدييات في كل مكان من الغشاء GTPase Fzo. J. خلية علوم. 115, 1663–1674 (2002).

Meeusen، S. et al. يتطلب اندماج الغشاء الداخلي للميتوكوندريا وصيانة crista وجود GTPase Mgm1 المرتبط بالدينامين. زنزانة 127, 383–395 (2006).

Herlan، M.، Vogel، F.، Bornhövd، C.، Neupert، W. & amp Reichert، A. S. J. بيول. تشيم. 278, 27781–27788 (2003).

McQuibban، G. A.، Saurya، S. & amp Freeman، M. إعادة تشكيل غشاء الميتوكوندريا الذي ينظمه البروتياز المعيني المحفوظ. طبيعة سجية 423, 537–541 (2003).

يتطلب Cipolat، S.، Martins de Brito، O.، Dal Zilio، B. & amp Scorrano، L. OPA1 ميتوفوسين 1 لتعزيز اندماج الميتوكوندريا. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 101, 15927–15932 (2004).

ياروش ، دبليو وآخرون. الآليات الجزيئية للضمور البصري بوساطة OPA1 في ذبابة الفاكهة نموذج وآفاق العلاج المضاد للأكسدة. بلوس جينيت. 4، e6 (2008).

سيبولات ، إس وآخرون. ينظم PARL المعين الميتوكوندريا السيتوكروم ج إطلاق أثناء موت الخلايا المبرمج عن طريق إعادة تشكيل الكرستيات المعتمدة على OPA1. زنزانة 126, 163–175 (2006).

Griparic، L.، Kanazawa، T. & amp van der Bliek، A. M. J. خلية بيول. 178, 757–764 (2007).

Ishihara، N.، Fujita، Y.، Oka، T. & amp Mihara، K. تنظيم مورفولوجيا الميتوكوندريا من خلال الانقسام البروتيني لـ OPA1. EMBO J. 25, 2966–2977 (2006).

Ehses، S. et al. تنظيم معالجة OPA1 واندماج الميتوكوندريا بواسطة إنزيمات الإنزيم البروتيني m-AAA و OMA1. J. خلية بيول. 187, 1023–1036 (2009).

Song ، Z. ، Chen ، H. ، Fiket ، M. ، Alexander ، C. & amp Chan ، D. C. تتحكم معالجة OPA1 في اندماج الميتوكوندريا ويتم تنظيمها بواسطة ربط mRNA ، وإمكانية الغشاء ، و Yme1L. J. خلية بيول. 178, 749–755 (2007).

Head، B.، Griparic، L.، Amiri، M.، Gandre-Babbe، S. & amp van der Bliek، A. M. J. خلية بيول. 187, 959–966 (2009).

وونغ ، إي دي وآخرون. إن GTPase المرتبط بالدينامين ، Mgm1p ، هو بروتين فضائي بين الغشاء مطلوب لصيانة الميتوكوندريا المختصة بالانصهار. J. خلية بيول. 151, 341–352 (2000).

تشين ، هـ وآخرون. ينظم Mitofusins ​​Mfn1 و Mfn2 بشكل منسق اندماج الميتوكوندريا وهما ضروريان للتطور الجنيني. J. خلية بيول. 160, 189–200 (2003). يوضح أن كلا من الأشكال الإسوية للميتوفوسين في الثدييات ضروريان لتعزيز اندماج الميتوكوندريا ولعب الأجزاء الأساسية في التنمية.

Olichon، A. et al. يؤدي فقدان OPA1 إلى اضطراب بنية الغشاء الداخلي للميتوكوندريا وسلامته ، مما يؤدي إلى السيتوكروم ج الافراج والاستماتة. J. بيول. تشيم. 278, 7743–7746 (2003).

كشفت Meeusen و S. و McCaffery و J.M & amp Nunnari و J. Mitochondrial intermediates في المختبر. علم 305, 1747–1752 (2004). يصف في المختبر المقايسة التي تم استخدامها لتشريح خطوات متميزة للانصهار غشاء مزدوج الميتوكوندريا.

كوشيبا ، ت. وآخرون. الأساس الهيكلي لربط الميتوكوندريا بواسطة مجمعات ميتوفوسين. علم 305, 858–862 (2004).

ديفاي ، آر إم وآخرون. يتطلب التجميع المشترك للأشكال الإسوية Mgm1 كارديوليبين ويتوسط اندماج الغشاء الداخلي للميتوكوندريا. J. خلية بيول. 186, 793–803 (2009).

مالكا ، إف وآخرون. اندماج منفصل لأغشية الميتوكوندريا الخارجية والداخلية. ممثل EMBO. 6, 853–859 (2005).

سيساكي ، H. & amp Jensen ، R. E. UGO1 يشفر بروتين غشاء خارجي مطلوب لانصهار الميتوكوندريا. J. خلية بيول. 152, 1123–1134 (2001).

Hoppins، S.، Horner، J.، Song، C.، McCaffery، J.M & amp Nunnari، J. يتطلب اندماج الغشاء الداخلي والخارجي للميتوكوندريا بروتين ناقل معدل. J. خلية بيول. 184, 569–581 (2009).

يربط Sesaki، H. & amp Jensen، R. E. J. بيول. تشيم. 279, 28298–28303 (2004).

Praefcke ، G. J. & amp McMahon ، H. T. عائلة الدينامين الفائقة: الأنابيب الغشائية العالمية وجزيئات الانشطار؟ القس الطبيعة مول. خلية بيول. 5, 133–147 (2004).

Smirnowa، E.، Shurland، D. L.، Ryazantsev، S.N & amp van der Bliek، A. M. يتحكم بروتين مرتبط بالدينامين البشري في توزيع الميتوكوندريا. J. خلية بيول. 143, 351–358 (1998).

Otsuga ، D. et al. يتحكم GTPase المرتبط بالدينامين ، Dnm1p ، في مورفولوجيا الميتوكوندريا في الخميرة. J. خلية بيول. 143, 333–349 (1998).

Mozdy ، A. ، McCaffery ، J.M & amp Shaw ، J.M Dnm1p اندماج الميتوكوندريا بوساطة GTPase هو عملية متعددة الخطوات تتطلب مكون الغشاء المتكامل الجديد Fis1p. J. خلية بيول. 151, 367–379 (2000).

Tieu، Q. & amp Nunnari، J. Mdv1p هو بروتين متكرر WD يتفاعل مع GTPase المرتبط بالدينامين ، Dnm1p ، لتحفيز انقسام الميتوكوندريا. J. خلية بيول. 151, 353–365 (2000).

Zhang، Y. & amp Chan، D. C. الأساس الهيكلي لتوظيف مجمعات الانشطار الميتوكوندريا بواسطة Fis1. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 104, 18526–18530 (2007).

Tieu ، Q. ، Okreglak ، V. ، Naylor ، K. & amp Nunnari ، J. يعمل بروتين تكرار WD ، Mdv1p ، كمحول جزيئي من خلال التفاعل مع Dnm1p و Fis1p أثناء انشطار الميتوكوندريا. J. خلية بيول. 158, 445–452 (2002).

Lackner، L. L.، Horner، J. S. & amp Nunnari، J. التحليل الميكانيكي لمؤثر دينامين. علم 325, 874–877 (2009).

إنجرمان ، إي وآخرون. تشكل Dnm1 اللوالب المصممة هيكليًا لتناسب الميتوكوندريا. J. خلية بيول. 170, 1021–1027 (2005). تقرير المراجع 44 و 45 في المختبر الدراسات التي توفر رؤى ميكانيكية حول التجميع الذاتي لـ Dnm1 في الهياكل الحلزونية التي يُعتقد أنها تؤدي إلى انشقاق الغشاء.

Griffin، E. E.، Graumann، J. & amp Chan، D.C. يعتبر بروتين WD40 Caf4p أحد مكونات آلية الانشطار بالميتوكوندريا ويقوم بتجنيد Dnm1p للميتوكوندريا. J. خلية بيول. 170, 237–248 (2005).

يحدد Schauss و A. C. و Bewersdorf و J. & amp Jakobs و S. Fis1p و Caf4p ، ولكن ليس Mdv1p ، التوطين القطبي لمجموعات Dnm1p على سطح الميتوكوندريا. J. خلية علوم. 119, 3098–3106 (2006).

ديمر ، ك.س وآخرون. الأساس الجيني لوظيفة الميتوكوندريا والتشكل في خميرة الخميرة. مول. بيول. زنزانة 13, 847–853 (2002). يصف شاشة منهجية على نطاق الجينوم في الخميرة أدت إلى اكتشاف العديد من الجينات التي تؤثر على ديناميكيات الميتوكوندريا ، بما في ذلك MDM30, MDM33, MDM36, NUM1 و PCP1.

Cerveny ، K. L. ، Studer ، S. L. ، Jensen ، R.E & amp Sesaki ، H. يتطلب تقسيم وتوزيع الميتوكوندريا الخميرة البروتين Num1 القشري. ديف. زنزانة 12, 363–375 (2007).

Hammermeister، M.، Schödel، K. & amp Westermann، B. Mdm36 هو بروتين معزز للانشطار الميتوكوندري في خميرة الخميرة. مول. بيول. زنزانة 21, 2443–2452 (2010).

Roux ، A. ، Uyhazi ، K. ، Frost ، A. & amp De Camilli ، P. التواء الدينامين المعتمد على GTP ينطوي على انقباض وتوتر في انشطار الغشاء. طبيعة سجية 441, 528–531 (2006).

Yoon، Y.، Krueger، E.W، Oswald، B. J. & amp McNiven، M. A. ينظم بروتين الميتوكوندريا hFis1 انشطار الميتوكوندريا في خلايا الثدييات من خلال التفاعل مع البروتين الشبيه بالدينامين DLP1. مول. زنزانة. بيول. 23, 5409–5420 (2003).

James، D. I.، Parone، P. A.، Mattenberger، Y. & amp Martinou، J.C hFis1 ، وهو مكون جديد لآلة انشطار الميتوكوندريا في الثدييات. J. بيول. تشيم. 278, 36373–36379 (2003).

Lee ، Y. J. ، Jeong ، S. Y. ، Karbowski ، M. ، Smith ، C.L & amp Youle ، R.J. مول. بيول. زنزانة 15, 5001–5011 (2004).

بريكنريدج ، دي جي وآخرون. Caenorhabditis elegans DRP-1 و fis-2 تنظيم مسارات متميزة لتنفيذ موت الخلايا في اتجاه مجرى النهر سيد -3 ومستقل عن سيد 9. مول. زنزانة 31, 586–597 (2008).

Gandre-Babbe، S. & amp van der Bliek، A. M. يتحكم بروتين الغشاء المرتبط بالذيل الجديد Mff في انشطار الميتوكوندريا والبيروكسيسومال في خلايا الثدييات. مول. بيول. زنزانة 19, 2402–2412 (2008).

لابروس ، إيه إم ، زاباتيرا ، إم دي ، روب ، دي إيه ، أمبير فان دير بليك ، إيه إم. C. ايليجانس يتحكم البروتين المرتبط بالدينامين DRP-1 في قطع الغشاء الخارجي للميتوكوندريا. مول. زنزانة 4, 815–826 (1999).

Legesse-Miller و A. و Massol و R.H & amp Kirchhausen و T. Constriction و Dnm1p عمليات متميزة في انشطار الميتوكوندريا. مول. بيول. زنزانة 14, 1953–1963 (2003).

جاكوبس ، إس وآخرون. الديناميات المكانية والزمانية لميتوكوندريا الخميرة الناشئة التي تفتقر إلى عنصر الانقسام Fis1p. J. خلية علوم. 116, 2005–2014 (2003).

Messerschmitt، M. et al. يتحكم بروتين الغشاء الداخلي Mdm33 في مورفولوجيا الميتوكوندريا في الخميرة. J. خلية بيول. 160, 553–564 (2003).

Tondera، D. et al. يساهم بروتين الميتوكوندريا MTP18 في انشطار الميتوكوندريا في خلايا الثدييات. J. خلية علوم. 118, 3049–3059 (2005).

Sesaki، H. & amp Jensen، R. E. الانقسام مقابل الاندماج: Dnm1p و Fzo1p ينظمان شكل الميتوكوندريا بشكل مضاد. J. خلية بيول. 147, 699–706 (1999).

بليزارد ، دبليو وآخرون. ينظم GTPase Dnm1 المرتبط بالدينامين انشطار الميتوكوندريا في الخميرة. خلية الطبيعة بيول. 1, 298–304 (1999). تُظهر المراجع 62 و 63 في الخميرة أن الاندماج والانشطار نشاطان معاديان ومتوازنان كلاهما مطلوب للحفاظ على مورفولوجيا الميتوكوندريا.

Fritz، S.، Weinbach، N. & amp Westermann، B. Mdm30 هو بروتين F-box مطلوب لصيانة الميتوكوندريا المختصة بالانصهار في الخميرة. مول. بيول. زنزانة 14, 2303–2313 (2003).

كوهين ، إم إم ، ليبوشر ، جي بي ، ليفنات ليفانون ، إن. ، جليكمان ، إم إتش آند وايزمان ، إيه إم. تدهور أوبيكويتين المعتمد على البروتوزوم لميتوفوسين ، وهو منظم مهم لانصهار الميتوكوندريا. مول. بيول. زنزانة 19, 2457–2464 (2008).

Amiott ، E. A. ، Cohen ، M. ، Saint-Georges ، Y. ، Weissman ، A.M & amp Shaw ، J.M. تسبب الطفرة المرتبطة بالاعتلال العصبي CMT2A عيوبًا في التحلل المائي لـ Fzo1 GTP ، والانتشار في كل مكان ، ودوران البروتين. مول. بيول. زنزانة 20, 5026–5035 (2009).

Herlan، M.، Bornhövd، C.، Hell، K.، Neupert، W. & amp Reichert، A. S. يعتمد التكوّن السطحي البديل لـ Mgm1 ومورفولوجيا الميتوكوندريا على ATP ومحرك استيراد وظيفي. J. خلية بيول. 165, 167–173 (2004). صياغة فرضية جذابة تشير إلى أن المعالجة البديلة لـ Mgm1 يمكن أن تكيف معدلات اندماج الميتوكوندريا مع مستويات المصفوفة ATP.

Baricault ، L. et al. يعتمد انقسام OPA1 على انخفاض مستوى ATP في الميتوكوندريا والمعادن ثنائية التكافؤ. إكسب. دقة الخلية. 313, 3800–3808 (2007).

ناكامورا ، N. ، Kimura ، Y. ، Tokuda ، M. ، Honda ، S. & amp Hirose ، S. MARCH-V هو بروتين رابط جديد لميتوفوسين 2 و Drp1 قادر على تغيير مورفولوجيا الميتوكوندريا. ممثل EMBO. 7, 1019–1022 (2006).

Karbowski، M.، Neutzner، A. & amp Youle، R.J. الميتوكوندريا E3 ubiquitin ligase MARCH5 مطلوب لتقسيم الميتوكوندريا المعتمد على Drp1. J. خلية بيول. 178, 71–84 (2007).

يوناشيرو ، آر وآخرون. يلعب ubiquitin ligase الجديد في الميتوكوندريا دورًا مهمًا في ديناميات الميتوكوندريا. EMBO J. 25, 3618–3626 (2006).

بارك ، واي واي وآخرون. يؤدي فقدان MARCH5 للميتوكوندريا E3 يوبيكويتين ليغاز إلى تحفيز الشيخوخة الخلوية من خلال البروتين المرتبط بالدينامين 1 والميتوفوسين 1. J. خلية علوم. 123, 619–626 (2010).

Braschi، E.، Zunino، R. & amp McBride، H. M. MAPL هو مركب جديد للميتوكوندريا SUMO E3 ligase ينظم انشطار الميتوكوندريا. ممثل EMBO. 10, 748–754 (2009).

Zunino، R.، Schauss، A.، Rippstein، P.، Andrade-Navarro، M. & amp McBride، H.M إن SUMO protease SENP5 مطلوب للحفاظ على مورفولوجيا ووظيفة الميتوكوندريا. J. خلية علوم. 120, 1178–1188 (2007).

Taguchi ، N. ، Ishihara ، N. ، Jofuku ، A. ، Oka ، T. & amp Mihara ، K. الفسفرة الانقسامية لـ GTPase Drp1 المرتبطة بالدينامين تشارك في انشطار الميتوكوندريا. J. بيول. تشيم. 282, 11521–11529 (2007).

Cribbs، J. T. & amp Strack، S. الفسفرة العكسية لـ Drp1 بواسطة بروتين كيناز دوري معتمد على AMP والكالسينيورين ينظمان انشطار الميتوكوندريا وموت الخلايا. ممثل EMBO. 8, 939–944 (2007).

هان ، إكس جيه وآخرون. ينظم الفسفرة المستحثة بـ CaM kinase I α لـ Drp1 مورفولوجيا الميتوكوندريا. J. خلية بيول. 182, 573–585 (2008).

Cereghetti ، G.M et al. ينظم نزع الفسفرة بواسطة الكالسينيورين انتقال Drp1 إلى الميتوكوندريا. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 105, 15803–15808 (2008).

Eura، Y.، Ishihara، N.، Oka، T. & amp Mihara، K. تحديد بروتين جديد ينظم اندماج الميتوكوندريا عن طريق تعديل وظيفة بروتين ميتوفوسين (Mfn). J. خلية علوم. 119, 4913–4925 (2006).

Liesa، M. et al. يتم زيادة اندماج الميتوكوندريا بواسطة المنشط النووي PGC-1β. بلوس واحد 3، e3613 (2008).

كاربوفسكي ، إم ، نوريس ، ك.ل ، كليلاند ، إم إم ، جيونج ، إس واي وأمبير يول ، آر جيه دور باكس وباك في تشكل الميتوكوندريا. طبيعة سجية 443, 658–662 (2006).

Chen، X.J & amp Butow، R. A. تنظيم وراثة جينوم الميتوكوندريا. القس الطبيعة جينيه. 6, 815–825 (2005).

Pfanner، N. & amp Geissler، A. براعة لآلات استيراد بروتين الميتوكوندريا. القس الطبيعة مول. زنزانة. بيول. 2, 339–349 (2001).

Neupert، W. & amp Herrmann، J. M. نقل البروتينات إلى الميتوكوندريا. Annu. القس Biochem. 76, 723–749 (2007).

ايشيهارا ، ن. وآخرون. عامل الانشطار الميتوكوندريا Drp1 ضروري للتطور الجنيني وتشكيل المشبك في الفئران. خلية الطبيعة بيول. 11, 958–966 (2009).

Altmann ، K. ، Frank ، M. ، Neumann ، D. ، Jakobs ، S. & amp Westermann ، B. يلعب بروتين محرك الميوسين من الفئة V ، Myo2 ، دورًا رئيسيًا في حركة الميتوكوندريا في خميرة الخميرة. J. خلية بيول. 181, 119–130 (2008).

واكباياشي ، جيه وآخرون. مطلوب GTPase Drp1 المرتبط بالدينامين للنمو الجنيني والدماغ في الفئران. J. خلية بيول. 186, 805–816 (2009). توضح المراجع 85 و 87 أن الانشطار المعتمد على DRP1 وتوزيع الميتوكوندريا ضروري في نمو الجنين والدماغ في الفئران.

يكشف تحليل طفرات الحذف على مستوى الجينوم عن الجينات المطلوبة لنمو الجهاز التنفسي وصيانة جينوم الميتوكوندريا وتخليق بروتين الميتوكوندريا في Merz، S. & amp Westermann، B. خميرة الخميرة. جينوم بيول. 10، R95 (2009).

Chen، H.، Chomyn، A. & amp Chan، D. C. يؤدي اضطراب الاندماج إلى عدم تجانس الميتوكوندريا والخلل الوظيفي. J. بيول. تشيم. 280, 26185–26192 (2005).

Chen، H.، McCaffery، J.M & amp Chan، D.C Mitochondrial fusion يحمي من التنكس العصبي في المخيخ. زنزانة 130, 548–562 (2007).

لي ، ز. ، أوكاموتو ، ك ، هاياشي ، واي. وأمبير شينج ، إم. أهمية الميتوكوندريا المتغصنة في تكوين وليونة العمود الفقري والمشابك. زنزانة 119, 873–887 (2004). تُظهر المراجع 90 و 91 أن ديناميكيات الميتوكوندريا ضرورية لتطور الخلايا العصبية ووظيفتها.

Amchenkova، A. A.، Bakeeva، L. E.، Chentsov، Y. S.، Skulachev، V.P & amp Zorov، D. B. أغشية اقتران ككابلات نقل الطاقة. I. الميتوكوندريا الخيطية في الخلايا الليفية ومجموعات الميتوكوندريا في عضلات القلب. J. خلية بيول. 107, 481–495 (1988).

Tondera، D. et al. SLP-2 مطلوب لفرط انصهار الميتوكوندريا الناجم عن الإجهاد. EMBO J. 28, 1589–1600 (2009).

Mitra ، K. ، Wunder ، C. ، Roysam ، B. ، Lin ، G. & amp Lippincott-Schwartz ، J. حالة الميتوكوندريا شديدة الانصهار التي تم تحقيقها في G1-S تنظم تراكم cyclin E والدخول إلى المرحلة S. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 106, 11960–11965 (2009).

بالابان ، R. S. ، Nemoto ، S. & amp Finkel ، T. Mitochondria ، المؤكسدات ، والشيخوخة. زنزانة 120, 483–495 (2005).

Ono، T.، Isobe، K.، Nakada، K. & amp Hayashi، J. I. الخلايا البشرية محمية من خلل وظائف الميتوكوندريا عن طريق تكملة منتجات DNA في الميتوكوندريا المنصهرة. طبيعة الجينات. 28, 272–275 (2001). يظهر أن تكملة المنتجات الجينية في الميتوكوندريا المندمجة يعيد النشاط التنفسي في الخلايا غير المتجانسة.

ناكادا ، ك وآخرون. التكامل بين الميتوكوندريا: نظام خاص بالميتوكوندريا يمنع الفئران من التعبير عن الأنماط الظاهرية للمرض بواسطة mtDNA المتحولة. نيتشر ميد. 7, 934–940 (2001).

تشين ، هـ وآخرون. اندماج الميتوكوندريا مطلوب لاستقرار mtDNA في العضلات الهيكلية والتسامح مع طفرات mtDNA. زنزانة 141, 280–289 (2010). يوضح أن اندماج الميتوكوندريا ضروري للحفاظ على الميتوكوندريا الوظيفية في خلايا العضلات.

هي ، سي & أمبير كليونسكي ، دي جي. آليات التنظيم ومسارات إشارات الالتهام الذاتي. Annu. القس جينيه. 43, 67–93 (2009).

تويج ، جي وآخرون. يتحكم الانشطار والاندماج الانتقائي في الفصل في الميتوكوندريا والقضاء عليه عن طريق الالتهام الذاتي. EMBO J. 27, 433–446 (2008). يقترح علاقة وظيفية بين ديناميكيات الميتوكوندريا وإزالة الميتوكوندريا المعطلة عن طريق الميتوفاجي.

Youle ، R.J & amp Karbowski ، M. انشطار الميتوكوندريا في موت الخلايا المبرمج. القس الطبيعة مول. خلية بيول. 6, 657–663 (2005).

Suen، D.F، Norris، K.L & amp Youle، R.J.Mitochondrial dynamics and apoptosis. تطوير الجينات. 22, 1577–1590 (2008).

فانجيانغ ، واي وآخرون. تنظم بروتينات انشطار الميتوكوندريا موت الخلايا المبرمج في الخميرة. تطوير الجينات. 18, 2785–2797 (2004).

Jagasia ، R. ، Grote ، P. ، Westermann ، B. & amp Conradt ، B. DRP-1 بوساطة تجزئة الميتوكوندريا أثناء موت الخلايا الناجم عن EGL-1 في C. ايليجانس. طبيعة سجية 433, 754–760 (2005).

Goyal ، G. ، Fell ، B. ، Sarin ، A. ، Youle ، R.J & amp Sriram ، V. دور إعادة تشكيل الميتوكوندريا في موت الخلية المبرمج في ذبابة الفاكهة سوداء البطن. ديف. زنزانة 12, 807–816 (2007).

فرانك ، س وآخرون. دور البروتين المرتبط بالدينامين 1 ، وسيط الانشطار الميتوكوندريا ، في موت الخلايا المبرمج. ديف. زنزانة 1, 515–525 (2001). أول تقرير يوضح دور DRP1 في موت الخلايا المبرمج.

بروكس ، سي وآخرون. ينظم باك مورفولوجيا الميتوكوندريا وعلم الأمراض أثناء موت الخلايا المبرمج من خلال التفاعل مع ميتوفوسين. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 104, 11649–11654 (2007).

كاربوفسكي ، م وآخرون. الارتباط المكاني والزمني لـ Bax مع مواقع الانشطار الميتوكوندريا ، Drp1 ، و Mfn2 أثناء موت الخلايا المبرمج. J. خلية بيول. 159, 931–938 (2002).

Wasiak، S.، Zunino، R. & amp McBride، H.M Bax / Bak تعزيز سومويليشن من DRP1 وارتباطه المستقر بالميتوكوندريا أثناء موت الخلايا المبرمج. J. خلية بيول. 177, 439–450 (2007).

Knott, A. B., Perkins, G., Schwarzenbacher, R. & Bossy-Wetzel, E. Mitochondrial fragmentation in neurodegeneration. القس الطبيعة. 9, 505–518 (2008).

Alexander, C. et al. OPA1, encoding a dynamin-related GTPase, is mutated in autosomal dominant atrophy linked to chromosome 3q28. طبيعة الجينات. 26, 211–215 (2000).

Delettre, C. et al. Nuclear gene OPA1, encoding a mitochondrial dynamin-related protein, is mutated in dominant optic atrophy. طبيعة الجينات. 26, 207–210 (2000).

Züchner, S. et al. Mutations in the mitochondrial GTPase mitofusin 2 cause Charcot-Marie-Tooth neuropathy type 2A. طبيعة الجينات. 36, 449–451 (2004).

Waterham, H. R. et al. A lethal defect of mitochondrial and peroxisomal fission. N. Engl. جيه ميد. 356, 1736–1741 (2007).

ناريندرا ، دي بي وآخرون. يتم تثبيت PINK1 بشكل انتقائي على الميتوكوندريا الضعيفة لتنشيط باركين. بلوس بيول. 8، e1000298 (2010).

Matsuda, N. et al. PINK1 stabilized by mitochondrial depolarization recruits Parkin to damaged mitochondria and activates latent Parkin for mitophagy. J. خلية بيول. 189, 211–221 (2010).

Deng, H., Dodson, M. W., Huang, H. & Guo, M. The Parkinson's disease genes pink1 و باركين promote mitochondrial fission and/or inhibit fusion in ذبابة الفاكهة. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 105, 14503–14508 (2008).

Yang, Y. et al. Pink1 regulates mitochondrial dynamics through interaction with the fission/fusion machinery. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 105, 7070–7075 (2008).

Ziviani, E., Tao, R. N. & Whitworth, A. J. ذبابة الفاكهة parkin requires PINK1 for mitochondrial translocation and ubiquitinates mitofusin. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 107, 5018–5023 (2010).

Lutz, A. K. et al. Loss of parkin or PINK1 function increases Drp1-dependent mitochondrial fragmentation. J. بيول. تشيم. 284, 22938–22951 (2009).

Kuravi, K. et al. Dynamin-related proteins Vps1p and Dnm1p control peroxisome abundance in خميرة الخميرة. J. خلية علوم. 119, 3994–4001 (2006).

Koch, A. et al. Dynamin-like protein 1 is involved in peroxisomal fission. J. بيول. تشيم. 278, 8597–8605 (2003).

Koch, A., Yoon, Y., Bonekamp, N. A., McNiven, M. A. & Schrader, M. A role for Fis1 in both mitochondrial and peroxisomal fission in mammalian cells. مول. بيول. زنزانة 16, 5077–5086 (2005).

Neuspiel, M. et al. Cargo-selected transport from the mitochondria to peroxisomes is mediated by vesicular carriers. بالعملة. بيول. 18, 102–108 (2008).

Martins de Brito, O. & Scorrano, L. Mitofusin 2 tethers endoplasmic reticulum to mitochondria. طبيعة سجية 456, 605–610 (2008).

Hailey, D. W. et al. Mitochondria supply membranes for autophagosome biogenesis during starvation. زنزانة 141, 656–667 (2010).

Altmann, K. & Westermann, B. Role of essential genes in mitochondrial morphogenesis in خميرة الخميرة. مول. بيول. زنزانة 16, 5410–5417 (2005).

Arimura, S., Yamamoto, J., Aida, G. P., Nakazono, M. & Tsutsumi, N. Frequent fusion and fission of plant mitochondria with unequal nucleoid distribution. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 101, 7805–7808 (2004).

Arimura, S. & Tsutsumi, N. A dynamin-like protein (ADL2b), rather than FtsZ, is involved in أرابيدوبسيس mitochondrial division. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 99, 5727–5731 (2002).

Logan, D. C., Scott, I. & Tobin, A. K. ADL2a, like ADL2b, is involved in the control of higher plant mitochondrial morphology. J. إكسب. Bot. 55, 783–785 (2004).

Scott, I., Tobin, A. K. & Logan, D. C. BIGYIN, an orthologue of human and yeast FIS1 genes functions in the control of mitochondrial size and number in نبات الأرابيدوبسيس thaliana. J. إكسب. Bot. 57, 1275–1280 (2006).

Arimura, S. et al. Arabidopsis elongated mitochondria1 is required for localization of dynamin-related protein 3a to mitochondrial fission sites. الخلية النباتية 20, 1555–1566 (2008).

Beech, P. L. et al. Mitochondrial FtsZ in a chromophyte alga. علم 287, 1276–1279 (2000).

Takahara, M. et al. A putative mitochondrial ftsZ gene is present in the unicellular primitive red alga Cyanidioschyzon merolae. مول. الجنرال جينيه. 264, 452–460 (2000).


6.4 Prokaryotic Cell Division

Prokaryotes such as bacteria propagate by binary fission. بالنسبة للكائنات أحادية الخلية ، فإن الانقسام الخلوي هو الطريقة الوحيدة لإنتاج أفراد جدد. في كل من الخلايا بدائية النواة وحقيقية النواة ، تكون نتيجة تكاثر الخلية زوجًا من الخلايا الوليدة المتطابقة وراثيًا مع الخلية الأم. في الكائنات أحادية الخلية ، تكون الخلايا الوليدة أفرادًا.

To achieve the outcome of identical daughter cells, some steps are essential. The genomic DNA must be replicated and then allocated into the daughter cells the cytoplasmic contents must also be divided to give both new cells the machinery to sustain life. In bacterial cells, the genome consists of a single, circular DNA chromosome therefore, the process of cell division is simplified. Mitosis is unnecessary because there is no nucleus or multiple chromosomes. This type of cell division is called binary fission.

الانشطار الثنائي

The cell division process of prokaryotes, called binary fission , is a less complicated and much quicker process than cell division in eukaryotes. بسبب سرعة انقسام الخلايا البكتيرية ، يمكن أن تنمو مجموعات البكتيريا بسرعة كبيرة. The single, circular DNA chromosome of bacteria is not enclosed in a nucleus, but instead occupies a specific location, the nucleoid, within the cell. As in eukaryotes, the DNA of the nucleoid is associated with proteins that aid in packaging the molecule into a compact size. The packing proteins of bacteria are, however, related to some of the proteins involved in the chromosome compaction of eukaryotes.

The starting point of replication, the origin , is close to the binding site of the chromosome to the plasma membrane (Figure 6.9). Replication of the DNA is bidirectional—moving away from the origin on both strands of the DNA loop simultaneously. As the new double strands are formed, each origin point moves away from the cell-wall attachment toward opposite ends of the cell. مع استطالة الخلية ، يساعد الغشاء المتنامي في نقل الكروموسومات. بعد أن تزيل الكروموسومات نقطة المنتصف للخلية الممدودة ، يبدأ الفصل السيتوبلازمي. A septum is formed between the nucleoids from the periphery toward the center of the cell. عندما تكون جدران الخلايا الجديدة في مكانها ، تنفصل الخلايا الوليدة.

اتصال التطور

جهاز المغزل الانقسامي

يعد التوقيت الدقيق وتشكيل المغزل الانقسامي أمرًا بالغ الأهمية لنجاح انقسام الخلايا حقيقية النواة. Prokaryotic cells, on the other hand, do not undergo mitosis and therefore have no need for a mitotic spindle. However, the FtsZ protein that plays such a vital role in prokaryotic cytokinesis is structurally and functionally very similar to tubulin, the building block of the microtubules that make up the mitotic spindle fibers that are necessary for eukaryotes. The formation of a ring composed of repeating units of a protein called FtsZ directs the partition between the nucleoids in prokaryotes. Formation of the FtsZ ring triggers the accumulation of other proteins that work together to recruit new membrane and cell-wall materials to the site. FtsZ proteins can form filaments, rings, and other three-dimensional structures resembling the way tubulin forms microtubules, centrioles, and various cytoskeleton components. بالإضافة إلى ذلك ، يستخدم كل من FtsZ و tubulin نفس مصدر الطاقة ، GTP (غوانوزين ثلاثي الفوسفات) ، لتجميع وتفكيك الهياكل المعقدة بسرعة.

FtsZ and tubulin are an example of homology, structures derived from the same evolutionary origins. In this example, FtsZ is presumed to be similar to the ancestor protein to both the modern FtsZ and tubulin. While both proteins are found in extant organisms, tubulin function has evolved and diversified tremendously since the evolution from its FtsZ-like prokaryotic origin. A survey of cell-division machinery in present-day unicellular eukaryotes reveals crucial intermediary steps to the complex mitotic machinery of multicellular eukaryotes (Table 6.1).


Coupling mitochondrial and cell division

The mitochondrial network fragments during mitosis to allow proper segregation of the organelles between daughter cells. Two mitotic kinases, the cyclin B–CDK1 complex and Aurora A, are now shown to cooperate with the small G protein RALA and its effector RALBP1 to promote DRP1 phosphorylation and mitochondrial fission.

Mitochondria, the powerhouses of the eukaryotic cell, acquire intriguing shapes and frequently change their morphology by shifting the balance between fusion and fission in response to the cellular environment and a multitude of signals. Even in cells under stasis, mitochondria rapidly cycle through rounds of fission and fusion. Thus, the balance of these opposing events is accurately controlled to maintain the overall architecture and activities of mitochondria 1 . Mitochondria have a distinct outer membrane surrounding an inner membrane that folds into cristae containing the oxidative phosphorylation machinery, and division requires scission of both of these membranes. Dynamin-related large GTPases, which are critical for dynamic regulation of mitochondrial morphology, are found on these different membranes: DRP1 mediates fission and is found in the cytosol and docked to the outer membrane mitofusins (MFN1 and MFN2) mediate fusion and are integrally embedded in the outer membrane with the GTPase domains facing the cytosol and OPA1 mediates fusion, localizes in the intermembrane space and is attached to the inner membrane. The loss of balance between fusion/fission is linked to mitochondrial and cellular dysfunctions including apoptosis and neurodegeneration. Indeed, mutations in MFN2 و OPA1 have been reported in patients with Charcot Marie Tooth neuropathy type 2A and dominant optic atrophy type I, respectively. Although both mitochondrial fusion and fission are clearly essential for animal survival as discerned from knockout mouse models 2,3,4 , the molecular or cellular processes that are affected by mitochondrial dynamics is not yet resolved. One important role seems to be to facilitate the even distribution of organelles between daughter cells during mitosis. On page 1108 of this issue, Kashatus وآخرون. add an interesting new dimension to our understanding of how mitochondrial fission is regulated during mitosis through DRP1 phosphorylation 9 .


شاهد الفيديو: الجزيئات الحيوية. الأحياء. علوم الأحياء والبيئة (كانون الثاني 2022).