Informatie

12.3.2: Componenten en structuur - Biologie


Vaardigheden om te ontwikkelen

  • Begrijp het vloeibare mozaïekmodel van celmembranen
  • Beschrijf de functies van fosfolipiden, eiwitten en koolhydraten in membranen
  • Bespreek de vloeibaarheid van het membraan

Het plasmamembraan van een cel definieert de cel, schetst zijn grenzen en bepaalt de aard van zijn interactie met zijn omgeving (zie tabel 5.1.1 voor een samenvatting). Cellen sluiten sommige stoffen uit, nemen andere op en scheiden weer andere uit, allemaal in gecontroleerde hoeveelheden. Het plasmamembraan moet zeer flexibel zijn om bepaalde cellen, zoals rode bloedcellen en witte bloedcellen, van vorm te laten veranderen als ze door nauwe haarvaten gaan. Dit zijn de meer voor de hand liggende functies van een plasmamembraan. Bovendien draagt ​​het oppervlak van het plasmamembraan markers waarmee cellen elkaar kunnen herkennen, wat van vitaal belang is voor weefsel- en orgaanvorming tijdens de vroege ontwikkeling, en die later een rol speelt bij het onderscheid tussen ‘zelf’ en ‘niet-zelf’. de immuunrespons.

Een van de meest geavanceerde functies van het plasmamembraan is het vermogen om signalen door te geven door middel van complexe, integrale eiwitten die bekend staan ​​als receptoren. Deze eiwitten fungeren zowel als ontvangers van extracellulaire inputs en als activatoren van intracellulaire processen. Deze membraanreceptoren bieden extracellulaire aanhechtingsplaatsen voor effectoren zoals hormonen en groeifactoren, en ze activeren intracellulaire responscascades wanneer hun effectoren gebonden zijn. Af en toe worden receptoren gekaapt door virussen (HIV, humaan immunodeficiëntievirus, is een voorbeeld) die ze gebruiken om toegang te krijgen tot cellen, en soms worden de genen die coderen voor receptoren gemuteerd, waardoor het proces van signaaltransductie niet goed functioneert met rampzalige gevolgen.

Vloeibaar mozaïek model

Het bestaan ​​van het plasmamembraan werd in de jaren 1890 geïdentificeerd en de chemische componenten ervan werden in 1915 geïdentificeerd. De belangrijkste componenten die toen werden geïdentificeerd, waren lipiden en eiwitten. Het eerste algemeen aanvaarde model van de structuur van het plasmamembraan werd in 1935 voorgesteld door Hugh Davson en James Danielli; het was gebaseerd op het "spoorweg"-uiterlijk van het plasmamembraan in vroege elektronenmicrofoto's. Ze theoretiseerden dat de structuur van het plasmamembraan lijkt op een sandwich, waarbij eiwit analoog is aan het brood en lipiden analoog aan de vulling. In de jaren vijftig lieten de vooruitgang in de microscopie, met name transmissie-elektronenmicroscopie (TEM), onderzoekers zien dat de kern van het plasmamembraan uit een dubbele in plaats van een enkele laag bestond. Een nieuw model dat zowel de microscopische waarnemingen als de functie van dat plasmamembraan beter verklaart, werd voorgesteld door S.J. Zanger en Garth L. Nicolson in 1972.

De door Singer en Nicolson voorgestelde verklaring wordt het vloeibare mozaïekmodel genoemd. Het model is in de loop van de tijd enigszins geëvolueerd, maar het verklaart nog steeds het beste de structuur en functies van het plasmamembraan zoals we ze nu begrijpen. Het vloeistofmozaïekmodel beschrijft de structuur van het plasmamembraan als een mozaïek van componenten - waaronder fosfolipiden, cholesterol, eiwitten en koolhydraten - die het membraan een vloeibaar karakter geeft. Plasmamembranen hebben een dikte van 5 tot 10 nm. Ter vergelijking: menselijke rode bloedcellen, zichtbaar via lichtmicroscopie, zijn ongeveer 8 µm breed, of ongeveer 1000 keer breder dan een plasmamembraan. Het membraan lijkt een beetje op een sandwich (Figuur (PageIndex{1})).

De belangrijkste componenten van een plasmamembraan zijn lipiden (fosfolipiden en cholesterol), eiwitten en koolhydraten die aan sommige lipiden en sommige eiwitten zijn gehecht. Een fosfolipide is een molecuul dat bestaat uit glycerol, twee vetzuren en een fosfaatgebonden kopgroep. Cholesterol, een ander lipide dat bestaat uit vier gefuseerde koolstofringen, wordt naast de fosfolipiden in de kern van het membraan gevonden. De verhoudingen van eiwitten, lipiden en koolhydraten in het plasmamembraan variëren met het celtype, maar voor een typische menselijke cel maakt eiwit ongeveer 50 procent van de massasamenstelling uit, lipiden (van alle soorten) maken ongeveer 40 procent uit van de samenstelling per massa, waarbij de resterende 10 procent van de samenstelling per massa koolhydraten zijn. De concentratie van eiwitten en lipiden varieert echter met verschillende celmembranen. Myeline, een uitgroeisel van het membraan van gespecialiseerde cellen dat de axonen van de perifere zenuwen isoleert, bevat bijvoorbeeld slechts 18 procent eiwit en 76 procent lipide. Het mitochondriale binnenmembraan bevat 76 procent eiwit en slechts 24 procent lipide. Het plasmamembraan van menselijke rode bloedcellen bestaat voor 30 procent uit lipiden. Koolhydraten zijn alleen aanwezig op het buitenoppervlak van het plasmamembraan en zijn gehecht aan eiwitten, vormen glycoproteïnen, of gehecht aan lipiden, waardoor glycolipiden worden gevormd.

Fosfolipiden

Het belangrijkste weefsel van het membraan bestaat uit amfifiele, fosfolipide-moleculen. De hydrofiele of "waterminnende" gebieden van deze moleculen (die eruitzien als een verzameling ballen in een artistieke weergave van het model) (Figuur (PageIndex{1})) staan ​​in contact met de waterige vloeistof zowel binnen als buiten de cel. Hydrofobe of waterhatende moleculen zijn meestal niet-polair. Ze interageren met andere niet-polaire moleculen in chemische reacties, maar hebben over het algemeen geen interactie met polaire moleculen. Wanneer hydrofobe moleculen in water worden geplaatst, hebben ze de neiging om een ​​bal of cluster te vormen. De hydrofiele gebieden van de fosfolipiden hebben de neiging om waterstofbruggen te vormen met water en andere polaire moleculen aan zowel de buitenkant als de binnenkant van de cel. De membraanoppervlakken die naar de binnen- en buitenkant van de cel zijn gericht, zijn dus hydrofiel. Daarentegen is het binnenste van het celmembraan hydrofoob en zal het geen interactie aangaan met water. Daarom vormen fosfolipiden een uitstekend tweelaags celmembraan dat de vloeistof in de cel scheidt van de vloeistof buiten de cel.

Een fosfolipidemolecuul (Figuur (PageIndex{2})) bestaat uit een glycerolruggengraat met drie koolstofatomen met twee vetzuurmoleculen die aan koolstof 1 en 2 zijn bevestigd en een fosfaatbevattende groep aan de derde koolstof. Deze rangschikking geeft het totale molecuul een gebied dat wordt beschreven als zijn kop (de fosfaatbevattende groep), dat een polair karakter of een negatieve lading heeft, en een gebied dat de staart wordt genoemd (de vetzuren), dat geen lading heeft. De kop kan waterstofbruggen vormen, maar de staart niet. Een molecuul met deze rangschikking van een positief of negatief geladen gebied en een ongeladen of niet-polair gebied wordt amfifiel of "dubbel liefhebbend" genoemd.

Deze eigenschap is van vitaal belang voor de structuur van een plasmamembraan, omdat fosfolipiden in water de neiging hebben om gerangschikt te worden met hun hydrofobe staarten naar elkaar toe en hun hydrofiele koppen naar buiten gericht. Op deze manier vormen ze een lipide dubbellaag - een barrière die bestaat uit een dubbele laag fosfolipiden die het water en andere materialen aan de ene kant van de barrière scheidt van het water en andere materialen aan de andere kant. In feite hebben fosfolipiden die in een waterige oplossing worden verwarmd de neiging om spontaan kleine bolletjes of druppeltjes te vormen (micellen of liposomen genaamd), waarbij hun hydrofiele koppen de buitenkant vormen en hun hydrofobe staarten aan de binnenkant (Figuur (PageIndex{3})) .

Eiwitten

Eiwitten vormen het tweede hoofdbestanddeel van plasmamembranen. Integrale eiwitten (sommige gespecialiseerde typen worden integrines genoemd) zijn, zoals hun naam al doet vermoeden, volledig geïntegreerd in de membraanstructuur, en hun hydrofobe membraan-overspannende gebieden interageren met het hydrofobe gebied van de fosfolipide dubbellaag (Figuur (PageIndex{1}) )). Single-pass integrale membraaneiwitten hebben meestal een hydrofoob transmembraansegment dat uit 20-25 aminozuren bestaat. Sommige strekken zich uit over slechts een deel van het membraan - geassocieerd met een enkele laag - terwijl andere zich uitstrekken van de ene kant van het membraan naar de andere en aan weerszijden zichtbaar zijn. Sommige complexe eiwitten zijn samengesteld uit maximaal 12 segmenten van een enkel eiwit, die uitgebreid zijn gevouwen en ingebed in het membraan (Figuur (PageIndex{4})). Dit type eiwit heeft een hydrofiel gebied of gebieden en een of meer licht hydrofobe gebieden. Deze rangschikking van gebieden van het eiwit heeft de neiging om het eiwit naast de fosfolipiden te oriënteren, waarbij het hydrofobe gebied van het eiwit grenst aan de staarten van de fosfolipiden en het hydrofiele gebied of gebieden van het eiwit die uit het membraan steken en in contact staan ​​met het cytosol of extracellulaire vloeistof.

Perifere eiwitten worden gevonden op de buiten- en binnenoppervlakken van membranen, gehecht aan integrale eiwitten of aan fosfolipiden. Perifere eiwitten kunnen, samen met integrale eiwitten, dienen als enzymen, als structurele hechtingen voor de vezels van het cytoskelet of als onderdeel van de herkenningsplaatsen van de cel. Deze worden soms "celspecifieke" eiwitten genoemd. Het lichaam herkent zijn eigen eiwitten en valt vreemde eiwitten aan die geassocieerd zijn met invasieve pathogenen.

Koolhydraten

Koolhydraten zijn het derde hoofdbestanddeel van plasmamembranen. Ze worden altijd aangetroffen op het buitenoppervlak van cellen en zijn gebonden aan eiwitten (die glycoproteïnen vormen) of aan lipiden (die glycolipiden vormen) (Figuur (PageIndex{1})). Deze koolhydraatketens kunnen uit 2-60 monosacharide-eenheden bestaan ​​en kunnen recht of vertakt zijn. Samen met perifere eiwitten vormen koolhydraten gespecialiseerde plaatsen op het celoppervlak waardoor cellen elkaar kunnen herkennen. Deze plaatsen hebben unieke patronen waarmee de cel kan worden herkend, net zoals de gelaatstrekken die uniek zijn voor elke persoon hem of haar kunnen herkennen. Deze herkenningsfunctie is erg belangrijk voor cellen, omdat het het immuunsysteem in staat stelt om onderscheid te maken tussen lichaamscellen ('zelf' genoemd) en vreemde cellen of weefsels ('niet-zelf' genoemd). Soortgelijke typen glycoproteïnen en glycolipiden worden aangetroffen op het oppervlak van virussen en kunnen vaak veranderen, waardoor wordt voorkomen dat immuuncellen ze herkennen en aanvallen.

Deze koolhydraten aan de buitenkant van de cel - de koolhydraatcomponenten van zowel glycoproteïnen als glycolipiden - worden gezamenlijk de glycocalyx genoemd (wat 'suikerlaag' betekent). De glycocalyx is zeer hydrofiel en trekt grote hoeveelheden water naar het oppervlak van de cel. Dit helpt bij de interactie van de cel met zijn waterige omgeving en bij het vermogen van de cel om in het water opgeloste stoffen te verkrijgen. Zoals hierboven besproken, is de glycocalyx ook belangrijk voor celidentificatie, zelf/niet-zelfbepaling en embryonale ontwikkeling, en wordt deze gebruikt in cel-celaanhechtingen om weefsels te vormen.

Evolutie verbinding

Hoe virussen specifieke organen infecteren Glycoproteïne- en glycolipidepatronen op het oppervlak van cellen geven veel virussen een kans op infectie. HIV- en hepatitisvirussen infecteren alleen specifieke organen of cellen in het menselijk lichaam. HIV kan de plasmamembranen binnendringen van een subtype van lymfocyten, T-helpercellen genaamd, evenals sommige monocyten en cellen van het centrale zenuwstelsel. Het hepatitisvirus valt levercellen aan.

Deze virussen kunnen deze cellen binnendringen, omdat de cellen bindingsplaatsen op hun oppervlak hebben die specifiek zijn voor en compatibel zijn met bepaalde virussen (Figuur (PageIndex{5})). Andere herkenningsplaatsen op het oppervlak van het virus werken samen met het menselijke immuunsysteem, waardoor het lichaam antilichamen aanmaakt. Antilichamen worden gemaakt als reactie op de antigenen of eiwitten die zijn geassocieerd met invasieve pathogenen, of in reactie op vreemde cellen, zoals kan optreden bij een orgaantransplantatie. Deze zelfde plaatsen dienen als plaatsen voor antilichamen om zich te hechten en ofwel de activiteit van het virus te vernietigen of te remmen. Helaas veranderen deze herkenningsplaatsen op HIV in een snel tempo vanwege mutaties, waardoor de productie van een effectief vaccin tegen het virus erg moeilijk wordt, aangezien het virus evolueert en zich aanpast. Een met hiv geïnfecteerde persoon zal snel verschillende populaties of varianten van het virus ontwikkelen die zich onderscheiden door verschillen in deze herkenningsplaatsen. Deze snelle verandering van oppervlaktemarkers vermindert de effectiviteit van het immuunsysteem van de persoon bij het aanvallen van het virus, omdat de antilichamen de nieuwe variaties van de oppervlaktepatronen niet zullen herkennen. In het geval van HIV wordt het probleem verergerd door het feit dat het virus specifiek cellen infecteert en vernietigt die betrokken zijn bij de immuunrespons, waardoor de gastheer verder wordt uitgeschakeld.

De mozaïekkarakteristiek van het membraan, beschreven in het vloeibare mozaïekmodel, helpt de aard ervan te illustreren. De integrale eiwitten en lipiden bestaan ​​in het membraan als afzonderlijke maar losjes gehechte moleculen. Deze lijken op de afzonderlijke, veelkleurige tegels van een mozaïekafbeelding en ze zweven en bewegen enigszins ten opzichte van elkaar. Het membraan is echter niet zoals een ballon die kan uitzetten en samentrekken; het is eerder stijf en kan barsten als het wordt gepenetreerd of als een cel te veel water opneemt. Vanwege zijn mozaïekkarakter kan een zeer fijne naald gemakkelijk een plasmamembraan binnendringen zonder dat het barst, en het membraan zal vloeien en zichzelf afdichten wanneer de naald wordt verwijderd.

De mozaïekkenmerken van het membraan verklaren een deel van de vloeibaarheid, maar niet alle. Er zijn nog twee andere factoren die helpen deze vloeistofeigenschap te behouden. Een factor is de aard van de fosfolipiden zelf. In hun verzadigde vorm zijn de vetzuren in fosfolipidenstaarten verzadigd met gebonden waterstofatomen. Er zijn geen dubbele bindingen tussen aangrenzende koolstofatomen. Dit resulteert in staarten die relatief recht zijn. Daarentegen bevatten onverzadigde vetzuren niet het maximale aantal waterstofatomen, maar bevatten ze wel enkele dubbele bindingen tussen aangrenzende koolstofatomen; een dubbele binding resulteert in een buiging in de koolstofketen van ongeveer 30 graden (Figuur (PageIndex{2})).

Dus als verzadigde vetzuren, met hun rechte staarten, worden samengeperst door dalende temperaturen, drukken ze op elkaar, waardoor een dicht en redelijk stijf membraan ontstaat. Als onverzadigde vetzuren worden samengeperst, ellebogen de "knikken" in hun staart aangrenzende fosfolipide-moleculen weg, waardoor er wat ruimte tussen de fosfolipide-moleculen behouden blijft. Deze "elleboogkamer" helpt de vloeibaarheid in het membraan te behouden bij temperaturen waarbij membranen met verzadigde vetzuurstaarten in hun fosfolipiden zouden "bevriezen" of stollen. De relatieve vloeibaarheid van het membraan is vooral belangrijk in een koude omgeving. Een koude omgeving heeft de neiging om membranen samen te drukken die grotendeels uit verzadigde vetzuren bestaan, waardoor ze minder vloeibaar worden en vatbaarder voor scheuren. Veel organismen (bijvoorbeeld vissen) zijn in staat zich aan te passen aan koude omgevingen door het aandeel onverzadigde vetzuren in hun membranen te veranderen als reactie op de verlaging van de temperatuur.

Link naar leren

Bezoek deze site om animaties te zien van de vloeibaarheid en mozaïekkwaliteit van membranen.

Dieren hebben een extra membraanbestanddeel dat helpt bij het handhaven van de vloeibaarheid. Cholesterol, dat naast de fosfolipiden in het membraan ligt, heeft de neiging de effecten van temperatuur op het membraan te dempen. Dit lipide functioneert dus als een buffer, waardoor wordt voorkomen dat lagere temperaturen de vloeibaarheid belemmeren en voorkomen dat verhoogde temperaturen de vloeibaarheid te veel verhogen. Aldus breidt cholesterol in beide richtingen het temperatuurbereik uit waarin het membraan geschikt vloeibaar en bijgevolg functioneel is. Cholesterol heeft ook andere functies, zoals het organiseren van clusters van transmembraaneiwitten in lipide-vlotten.

Tabel (PageIndex{1}): De componenten en functies van het plasmamembraan.
onderdeelPlaats
FosfolipideHoofdstof van het membraan:
cholesterolGehecht tussen fosfolipiden en tussen de twee fosfolipidenlagen
Integrale eiwitten (bijvoorbeeld integrines)Ingebed in de fosfolipidelaag(lagen). Kan wel of niet door beide lagen heen dringen
Perifere eiwittenOp het binnen- of buitenoppervlak van de fosfolipide dubbellaag; niet ingebed in de fosfolipiden
Koolhydraten (componenten van glycoproteïnen en glycolipiden)Over het algemeen gehecht aan eiwitten op de buitenste membraanlaag

Carrièreverbinding: immunoloog

De variaties in perifere eiwitten en koolhydraten die de herkenningsplaatsen van een cel beïnvloeden, zijn van het grootste belang in de immunologie. Met deze veranderingen wordt rekening gehouden bij de ontwikkeling van vaccins. Veel infectieziekten, zoals pokken, polio, difterie en tetanus, werden overwonnen door het gebruik van vaccins.

Immunologen zijn de artsen en wetenschappers die vaccins onderzoeken en ontwikkelen, evenals allergieën of andere immuunproblemen behandelen en bestuderen. Sommige immunologen bestuderen en behandelen auto-immuunproblemen (ziekten waarbij het immuunsysteem van een persoon zijn of haar eigen cellen of weefsels aanvalt, zoals lupus) en immuundeficiënties, hetzij verworven (zoals verworven immunodeficiëntiesyndroom of AIDS) of erfelijk (zoals ernstige gecombineerde immuundeficiëntie of SCID). Immunologen worden ingeschakeld om orgaantransplantatiepatiënten te helpen bij het onderdrukken van hun immuunsysteem, zodat hun lichaam een ​​getransplanteerd orgaan niet zal afstoten. Sommige immunologen proberen natuurlijke immuniteit en de effecten van iemands omgeving daarop te begrijpen. Anderen werken aan vragen over de invloed van het immuunsysteem op ziekten zoals kanker. In het verleden werd het belang van een gezond immuunsysteem bij het voorkomen van kanker helemaal niet begrepen.

Om als immunoloog te werken, is een PhD of MD vereist. Bovendien volgen immunologen ten minste 2-3 jaar opleiding in een geaccrediteerd programma en moeten ze slagen voor een examen van de American Board of Allergy and Immunology. Immunologen moeten kennis hebben van de functies van het menselijk lichaam in verband met zaken die verder gaan dan immunisatie, en kennis van farmacologie en medische technologie, zoals medicijnen, therapieën, testmaterialen en chirurgische procedures.

moet u de "AutoNum"-sjabloon (bij voorkeur aan het einde) aan de pagina toevoegen.

Samenvatting

Het moderne begrip van het plasmamembraan wordt het vloeibare mozaïekmodel genoemd. Het plasmamembraan bestaat uit een dubbellaag van fosfolipiden, waarvan de hydrofobe vetzuurstaarten met elkaar in contact staan. Het landschap van het membraan is bezaaid met eiwitten, waarvan sommige het membraan overspannen. Sommige van deze eiwitten dienen om materialen in of uit de cel te transporteren. Koolhydraten zijn gehecht aan sommige van de eiwitten en lipiden op het naar buiten gerichte oppervlak van het membraan en vormen complexen die functioneren om de cel aan andere cellen te identificeren. De vloeibare aard van het membraan is te wijten aan de temperatuur, de configuratie van de vetzuurstaarten (sommige geknikt door dubbele bindingen), de aanwezigheid van cholesterol ingebed in het membraan en de mozaïekaard van de eiwitten en eiwit-koolhydraatcombinaties, die niet stevig op zijn plaats. Plasmamembranen omsluiten en definiëren de grenzen van cellen, maar in plaats van een statische zak te zijn, zijn ze dynamisch en constant in beweging.

amfifiel
molecuul met een polair of geladen gebied en een niet-polair of ongeladen gebied dat in staat is om te interageren met zowel hydrofiele als hydrofobe omgevingen
vloeibaar mozaïek model
beschrijft de structuur van het plasmamembraan als een mozaïek van componenten, waaronder fosfolipiden, cholesterol, eiwitten, glycoproteïnen en glycolipiden (suikerketens gehecht aan respectievelijk eiwitten of lipiden), wat resulteert in een vloeibaar karakter (vloeibaarheid)
glycolipide
combinatie van koolhydraten en lipiden
glycoproteïne
combinatie van koolhydraten en eiwitten
hydrofiel
molecuul met het vermogen om te binden met water; “waterminnend”
hydrofoob
molecuul dat niet het vermogen heeft om zich aan water te binden; "water haten"
integraal eiwit
eiwit geïntegreerd in de membraanstructuur dat uitgebreid interageert met de koolwaterstofketens van membraanlipiden en vaak het membraan overspant; deze eiwitten kunnen alleen worden verwijderd door de afbraak van het membraan door detergentia
perifeer eiwit
eiwit gevonden aan het oppervlak van een plasmamembraan, hetzij aan de buiten- of binnenkant; deze eiwitten kunnen worden verwijderd (van het membraan afgewassen) door een zoutrijke wasbeurt

ribosomen - eiwit maken voor gebruik door het organisme
Cytoplasma - geleiachtige slijm aan de binnenkant van de cel
DNA - genetisch materiaal
cytoskelet - het interne raamwerk van de cel
Celmembraan - buitengrens van de cel, sommige dingen kunnen het celmembraan passeren.

Prokaryotische cellen

Prokaryoten zijn zeer eenvoudige cellen, waarschijnlijk de eerste die de aarde bewonen.
Prokaryote cellen bevatten geen membraangebonden kern.
Bacteriën zijn prokaryoten.
DNA van bacteriën is circulair.

Het woord "prokaryoot" betekent "voor de kern"

Andere kenmerken gevonden in sommige bacteriën:

Flagella - gebruikt voor beweging
Pilus - kleine haarachtige structuren die worden gebruikt om zich aan andere cellen te hechten
Capsule - stevige buitenlaag die bacteriën beschermt, vaak geassocieerd met schadelijke bacteriën


De structuur, anatomie en morfologie van volwassen zaden: modelsoorten in zaadbiologie

Familie (clade) Voorbeelden Beschrijving
Endospermische zaden
Cucurbitaceae
- Kern Eudicots
- Rosid clade
meloen (Cucumis melo ) In het meloenzaad is het embryo omgeven door een perisperm/endosperm envelop. De afzetting van callose (ß-1,3-glucaan) in deze envelop is verantwoordelijk voor de apoplastische semipermeabiliteit van meloenzaden. De omhulling van het perisperm/endosperm wordt verzwakt voordat de kieming is voltooid.
Fabaceae
- Kern Eudicots
- Rosid clade
fenegriek (Trigonella foenum-graecum)
karmozijnrode klaver (Trifolium incarnatum)
luzerne (Medicago sativa)
Slechts enkele zaden van peulvruchten (Fabaceae) zijn endospermisch, de meeste zaden van peulvruchten zijn niet-endospermisch.
Euphorbiaceae
- Kern Eudicots
- Rosid clade
ricinusboon (Ricinus communis) Castorbonenzaden (Malpighiales) zijn een klassiek zaadsysteem om de afbraak van de endospermreserve te bestuderen.
Brassicaceae
- Kern Eudicots
- Rosid clade
tuinkers (Lepidium sativum)
muis-oor tuinkers (Arabidopsis thaliana)
Slechts enkele Brassicaceae-zaden zijn endospermisch, de meeste Brassicaceae-zaden zijn niet-endospermisch. Rijpe zaden van Lepidium hebben 1-2 cellagen van endosperm, terwijl Arabidopsis heeft een enkele endospermcellaag. Deze twee soorten vertonen, net als tabak, een ontkieming in twee stappen (duidelijke testa-ruptuur en endosperm-ruptuur). We hebben gevonden dat Lepidium is een veelbelovend modelsysteem voor endosperm verzwakking Müller et al. 2006).
Solanaceae
- Kern Eudicots
- Asteride clade
Cesroideae subgroep:
tabak (Nicotiana tabacum)
ander Nicotiana-soort
petunia (Petunia hybrida)

Cestroideae subgroep van Solanaceae (tabak, petunia):
Rechte of licht gebogen embryo's en prismatische tot subglobose zaden, ontkieming in twee stappen (duidelijke testa-ruptuur en endosperm-ruptuur), meestal capsules als fruit.


Eenheid

Alle levende organismen, ongeacht hun uniciteit, hebben bepaalde biologische, chemische en fysieke kenmerken gemeen. Ze zijn bijvoorbeeld allemaal samengesteld uit basiseenheden die bekend staan ​​als cellen en uit dezelfde chemische stoffen, die, wanneer ze worden geanalyseerd, opmerkelijke overeenkomsten vertonen, zelfs in ongelijksoortige organismen als bacteriën en mensen. Bovendien, aangezien de werking van elk organisme wordt bepaald door de manier waarop zijn cellen op elkaar inwerken en aangezien alle cellen op vrijwel dezelfde manier op elkaar inwerken, is de basisfunctie van alle organismen ook gelijkaardig.

Er is niet alleen eenheid van levende basissubstantie en werking, maar ook eenheid van oorsprong van alle levende wezens. Volgens een theorie die in 1855 door de Duitse patholoog Rudolf Virchow werd voorgesteld, „komen alle levende cellen voort uit reeds bestaande levende cellen”. Die theorie lijkt op dit moment waar te zijn voor alle levende wezens onder de bestaande omgevingsomstandigheden. Als er in het verleden echter meer dan eens leven op aarde is ontstaan, lijkt het feit dat alle organismen dezelfde basisstructuur, samenstelling en functie hebben, erop te wijzen dat er maar één origineel type is geslaagd.

Een gemeenschappelijke oorsprong van het leven zou verklaren waarom bij mensen of bacteriën - en in alle vormen van leven daartussenin - dezelfde chemische stof, deoxyribonucleïnezuur (DNA), in de vorm van genen verantwoordelijk is voor het vermogen van alle levende materie om zichzelf precies te repliceren en om genetische informatie van ouder op nageslacht door te geven. Bovendien volgen de mechanismen voor die overdracht een patroon dat in alle organismen hetzelfde is.

Telkens wanneer een verandering in een gen (een mutatie) optreedt, is er een of andere verandering in het organisme dat het gen bevat. Het is dit universele fenomeen dat aanleiding geeft tot de verschillen (variaties) in populaties van organismen waaruit de natuur diegene selecteert om te overleven die het best in staat zijn om te gaan met veranderende omstandigheden in de omgeving.


Overzicht van crosslinking en eiwitmodificatie

Een aantal technieken voor het bestuderen van de structuur en interactie van eiwitten, evenals voor het manipuleren van eiwitten voor gebruik bij affiniteitszuivering of detectieprocedures, zijn afhankelijk van methoden voor het chemisch verknopen, modificeren of labelen van eiwitten.

Crosslinking is het proces van het chemisch verbinden van twee of meer moleculen door een covalente binding. Modificatie omvat het aanhechten of splitsen van chemische groepen om de oplosbaarheid of andere eigenschappen van het oorspronkelijke molecuul te veranderen. "Etikettering" verwijst in het algemeen naar elke vorm van verknoping of modificatie waarvan het doel is om een ​​chemische groep (bijvoorbeeld een fluorescerend molecuul) te hechten om te helpen bij de detectie van een molecuul en wordt beschreven in andere artikelen.

De hele reeks verknopings- en modificatiemethoden voor gebruik met eiwitten en andere biomoleculen in biologisch onderzoek wordt vaak "bioconjugatie" of "bioconjugaat"-technologie genoemd. (Vervoeging is een synoniem voor crosslinking.)

Pagina-inhoud

Bekijk en selecteer producten

Covalente modificatie en verknoping van eiwitten hangt af van de beschikbaarheid van bepaalde chemicaliën die kunnen reageren met de specifieke soorten functionele groepen die in eiwitten voorkomen. Bovendien zijn eiwitfunctie en -structuur ofwel de directe focus van onderzoek, of ze moeten worden bewaard als een gemodificeerd eiwit nuttig wil zijn in een techniek. Daarom moet rekening worden gehouden met de samenstelling en structuur van eiwitten en de mogelijke effecten van modificatiereagentia op de eiwitstructuur en -functie.

Eiwitten hebben vier niveaus van structuur. De volgorde van de aminozuren is de primaire structuur. Deze sequentie wordt altijd geschreven vanaf het amino-uiteinde (N-terminus) naar het carboxyl-uiteinde (C-terminus). Eiwit secundaire structuur verwijst naar gemeenschappelijke herhalende elementen die aanwezig zijn in eiwitten. Er zijn twee basiscomponenten van de secundaire structuur: de alfa-helix en het beta-geplooide vel. Alfa-helices zijn strakke, kurkentrekkervormige structuren gevormd door enkele polypeptideketens. Beta-geplooide vellen zijn parallelle of antiparallelle rangschikkingen van polypeptidestrengen die worden gestabiliseerd door waterstofbruggen tussen aangrenzende -NH- en -CO-groepen. Parallelle beta-sheets hebben aangrenzende strengen die in dezelfde richting lopen (dwz N-termini naast elkaar), terwijl anti-parallelle beta-sheets aangrenzende strengen hebben die in tegengestelde richting lopen (dwz N-terminus van één streng gerangschikt naar de C-terminus van aangrenzende streng). Een beta-geplooid vel kan twee tot vijf parallelle of antiparallelle strengen bevatten.

Tertiaire structuur is de volledige driedimensionale, gevouwen structuur van de polypeptideketen en is afhankelijk van de reeks spontane en thermodynamisch stabiele interacties tussen de aminozuurzijketens. Disulfidebindingspatronen, evenals ionische en hydrofobe interacties hebben een grote invloed op de tertiaire structuur. Quaternaire structuur verwijst naar de ruimtelijke rangschikking van twee of meer polypeptideketens. Deze structuur kan een monomeer, dimeer, trimeer, enz. zijn. De polypeptideketens die de quaternaire structuur van een eiwit vormen, kunnen identiek zijn (bijvoorbeeld homodimeer) of verschillend (bijvoorbeeld heterodimeer).

De vier niveaus van eiwitstructuur. De volgorde van aminozuren, weergegeven door blauwe stippen, verbonden door peptidebindingen, vormt de primaire structuur. De eigenschappen van de samenstellende aminozuren, in de context van de cellulaire omgeving, bepalen grotendeels de spontane vorming van de hogere structuur die essentieel is voor de eiwitfunctie.


Neuronen zijn georganiseerd in circuits

In complexe meercellige dieren, zoals insecten en zoogdieren, vormen verschillende soorten neuronen signaalcircuits. In het eenvoudige type circuit genaamd a reflexboog, interneuronen verbinden meerdere sensorische en motorneuronen, waardoor één sensorisch neuron meerdere motorneuronen kan beïnvloeden en één motorneuron kan worden beïnvloed door meerdere sensorische neuronen, op deze manier integreren en versterken interneuronen reflexen. De reflexmatige reflex bij mensen omvat bijvoorbeeld een complexe reflexboog waarbij de ene spier wordt gestimuleerd om samen te trekken, terwijl een andere spier wordt verhinderd om samen te trekken (Figuur 21.5). Dergelijke circuits stellen een organisme in staat te reageren op een zintuiglijke input door de gecoördineerde actie van spiergroepen die samen één enkel doel bereiken. Dergelijke eenvoudige zenuwsystemen verklaren echter niet direct hersenfuncties van hogere orde, zoals redeneren en rekenen.

Afbeelding 21-5

De reflexboog van de knie bij de mens. Positionering en beweging van het kniegewricht worden bereikt door twee spieren die tegengestelde acties hebben: samentrekking van de quadriceps-spier strekt het been, terwijl samentrekking van de biceps-spier de (meer.)

De sensorische en motorische neuronen van circuits zoals de knee-jerk-reflex bevinden zich in het perifere zenuwstelsel (Figuur 21-6). Deze circuits sturen informatie naar en ontvangen informatie van het centrale zenuwstelsel (CZS), dat de hersenen en het ruggenmerg omvat en voornamelijk uit interneuronen bestaat. Zeer gespecialiseerd sensorische receptorcellen, die reageren op specifieke omgevingsstimuli, sturen hun output ofwel rechtstreeks naar de hersenen (bijv. smaak- en geurreceptoren) of naar perifere sensorische neuronen (bijv. pijn- en rekreceptoren). Het perifere zenuwstelsel bevat twee brede klassen van motorneuronen. De somatische motorneuronen vrijwillige spieren stimuleren, zoals die in de armen, benen en nek. De cellichamen van deze neuronen bevinden zich in het centrale zenuwstelsel, in de hersenen of het ruggenmerg. De autonome motorneuronen innerveren klieren, hartspier en gladde spieren die niet onder bewuste controle staan, zoals de spieren die de darm en andere organen van het maagdarmkanaal omringen. De twee klassen van autonome motorneuronen, sympathiek en parasympathisch, hebben over het algemeen tegengestelde effecten: de ene klasse stimuleert een spier of klier, en de andere remt deze. Somatische sensorische neuronen, die informatie overbrengen naar het centrale zenuwstelsel, hebben hun cellichamen geclusterd in ganglia, massa's zenuwweefsel die net buiten het ruggenmerg liggen. De cellichamen van de motorneuronen van het autonome zenuwstelsel liggen ook in ganglia. Elke perifere zenuw is eigenlijk een bundel axonen, sommige zijn delen van motorneuronen, andere zijn delen van sensorische neuronen.

Afbeelding 21-6

Een zeer schematisch diagram van het zenuwstelsel van gewervelde dieren. Het centrale zenuwstelsel (CZS) omvat de hersenen en het ruggenmerg. Het ontvangt directe sensorische input van de ogen, neus, tong en oren. Het perifere zenuwstelsel (PNS) omvat drie (meer.)

Having surveyed the general features of neuron structure, interactions, and simple circuits, let us turn to the mechanism by which a neuron generates and conducts electric impulses.


Inhoud

Some studies of plant anatomy use a systems approach, organized on the basis of the plant's activities, such as nutrient transport, flowering, pollination, embryogenesis or seed development. [4] Others are more classically [5] divided into the following structural categories:

About 300 BC Theophrastus wrote a number of plant treatises, only two of which survive, Enquiry into Plants (Περὶ φυτῶν ἱστορία), and On the Causes of Plants (Περὶ φυτῶν αἰτιῶν). He developed concepts of plant morphology and classification, which did not withstand the scientific scrutiny of the Renaissance.

A Swiss physician and botanist, Gaspard Bauhin, introduced binomial nomenclature into plant taxonomy. He published Pinax theatri botanici in 1596, which was the first to use this convention for naming of species. His criteria for classification included natural relationships, or 'affinities', which in many cases were structural.

It was in the late 1600s that plant anatomy became refined into a modern science. Italian doctor and microscopist, Marcello Malpighi, was one of the two founders of plant anatomy. In 1671 he published his Anatomia Plantarum, the first major advance in plant physiogamy since Aristotle. The other founder was the British doctor Nehemiah Grew. He published An Idea of a Philosophical History of Plants in 1672 and The Anatomy of Plants in 1682. Grew is credited with the recognition of plant cells, although he called them 'vesicles' and 'bladders'. He correctly identified and described the sexual organs of plants (flowers) and their parts. [6]

In the eighteenth century, Carl Linnaeus established taxonomy based on structure, and his early work was with plant anatomy. While the exact structural level which is to be considered to be scientifically valid for comparison and differentiation has changed with the growth of knowledge, the basic principles were established by Linnaeus. He published his master work, Species Plantarum in 1753.

In 1802, French botanist Charles-François Brisseau de Mirbel, published Traité d'anatomie et de physiologie végétale (Treatise on Plant Anatomy and Physiology) establishing the beginnings of the science of plant cytology.

In 1812, Johann Jacob Paul Moldenhawer published Beyträge zur Anatomie der Pflanzen, describing microscopic studies of plant tissues.

In 1813 a Swiss botanist, Augustin Pyrame de Candolle, published Théorie élémentaire de la botanique, in which he argued that plant anatomy, not physiology, ought to be the sole basis for plant classification. Using a scientific basis, he established structural criteria for defining and separating plant genera.

In 1830, Franz Meyen published Phytotomie, the first comprehensive review of plant anatomy.

In 1838 German botanist Matthias Jakob Schleiden, published Contributions to Phytogenesis, stating, "the lower plants all consist of one cell, while the higher plants are composed of (many) individual cells" thus confirming and continuing Mirbel's work.

A German-Polish botanist, Eduard Strasburger, described the mitotic process in plant cells and further demonstrated that new cell nuclei can only arise from the division of other pre-existing nuclei. Zijn Studien über Protoplasma was published in 1876.

Gottlieb Haberlandt, a German botanist, studied plant physiology and classified plant tissue based upon function. On this basis, in 1884 he published Physiologische Pflanzenanatomie (Physiological Plant Anatomy) in which he described twelve types of tissue systems (absorptive, mechanical, photosynthetic, etc.).

British paleobotanists Dunkinfield Henry Scott and William Crawford Williamson described the structures of fossilized plants at the end of the nineteenth century. Scott's Studies in Fossil Botany was published in 1900.

Following Charles Darwin's Oorsprong der soorten a Canadian botanist, Edward Charles Jeffrey, who was studying the comparative anatomy and phylogeny of different vascular plant groups, applied the theory to plants using the form and structure of plants to establish a number of evolutionary lines. He published his The Anatomy of Woody Plants in 1917.

The growth of comparative plant anatomy was spearheaded by British botanist Agnes Arber. She published Water Plants: A Study of Aquatic Angiosperms in 1920, Monocotyledons: A Morphological Study in 1925, and The Gramineae: A Study of Cereal, Bamboo and Grass in 1934. [7]

Following World War II, Katherine Esau published, Plantenanatomie (1953), which became the definitive textbook on plant structure in North American universities and elsewhere, it was still in print as of 2006. [8] She followed up with her Anatomy of seed plants in 1960.


Inhoud

Two-component systems accomplish signal transduction through the phosphorylation of a response regulator (RR) by a histidine kinase (HK). Histidine kinases are typically homodimeric transmembrane proteins containing a histidine phosphotransfer domain and an ATP binding domain, though there are reported examples of histidine kinases in the atypical HWE and HisKA2 families that are not homodimers. [4] Response regulators may consist only of a receiver domain, but usually are multi-domain proteins with a receiver domain and at least one effector or output domain, often involved in DNA binding. [3] Upon detecting a particular change in the extracellular environment, the HK performs an autophosphorylation reaction, transferring a phosphoryl group from adenosine triphosphate (ATP) to a specific histidine residue. The cognate response regulator (RR) then catalyzes the transfer of the phosphoryl group to an aspartate residue on the response regulator's receiver domain. [5] [6] This typically triggers a conformational change that activates the RR's effector domain, which in turn produces the cellular response to the signal, usually by stimulating (or repressing) expression of target genes. [3]

Many HKs are bifunctional and possess phosphatase activity against their cognate response regulators, so that their signaling output reflects a balance between their kinase and phosphatase activities. Many response regulators also auto-dephosphorylate, [7] and the relatively labile phosphoaspartate can also be hydrolyzed non-enzymatically. [1] The overall level of phosphorylation of the response regulator ultimately controls its activity. [1] [8]

Phosphorelays Edit

Some histidine kinases are hybrids that contain an internal receiver domain. In these cases, a hybrid HK autophosphorylates and then transfers the phosphoryl group to its own internal receiver domain, rather than to a separate RR protein. The phosphoryl group is then shuttled to histidine phosphotransferase (HPT) and subsequently to a terminal RR, which can evoke the desired response. [9] [10] This system is called a phosphorelay. Almost 25% of bacterial HKs are of the hybrid type, as are the large majority of eukaryotic HKs. [3]

Two-component signal transduction systems enable bacteria to sense, respond, and adapt to a wide range of environments, stressors, and growth conditions. [11] These pathways have been adapted to respond to a wide variety of stimuli, including nutrients, cellular redox state, changes in osmolarity, quorum signals, antibiotics, temperature, chemoattractants, pH and more. [12] [13] The average number of two-component systems in a bacterial genome has been estimated as around 30, [14] or about 1–2% of a prokaryote's genome. [15] A few bacteria have none at all – typically endosymbionts and pathogens – and others contain over 200. [16] [17] All such systems must be closely regulated to prevent cross-talk, which is rare in vivo. [18]

In Escherichia coli, the osmoregulatory EnvZ/OmpR two-component system controls the differential expression of the outer membrane porin proteins OmpF and OmpC. [19] The KdpD sensor kinase proteins regulate the kdpFABC operon responsible for potassium transport in bacteria including E coli en Clostridium acetobutylicum. [20] The N-terminal domain of this protein forms part of the cytoplasmic region of the protein, which may be the sensor domain responsible for sensing turgor pressure. [21]

Signal transducing histidine kinases are the key elements in two-component signal transduction systems. [22] [23] Examples of histidine kinases are EnvZ, which plays a central role in osmoregulation, [24] and CheA, which plays a central role in the chemotaxis system. [25] Histidine kinases usually have an N-terminal ligand-binding domain and a C-terminal kinase domain, but other domains may also be present. The kinase domain is responsible for the autophosphorylation of the histidine with ATP, the phosphotransfer from the kinase to an aspartate of the response regulator, and (with bifunctional enzymes) the phosphotransfer from aspartyl phosphate to water. [26] The kinase core has a unique fold, distinct from that of the Ser/Thr/Tyr kinase superfamily.

HKs can be roughly divided into two classes: orthodox and hybrid kinases. [27] [28] Most orthodox HKs, typified by the E coli EnvZ protein, function as periplasmic membrane receptors and have a signal peptide and transmembrane segment(s) that separate the protein into a periplasmic N-terminal sensing domain and a highly conserved cytoplasmic C-terminal kinase core. Members of this family, however, have an integral membrane sensor domain. Not all orthodox kinases are membrane bound, e.g., the nitrogen regulatory kinase NtrB (GlnL) is a soluble cytoplasmic HK. [6] Hybrid kinases contain multiple phosphodonor and phosphoacceptor sites and use multi-step phospho-relay schemes instead of promoting a single phosphoryl transfer. In addition to the sensor domain and kinase core, they contain a CheY-like receiver domain and a His-containing phosphotransfer (HPt) domain.

The number of two-component systems present in a bacterial genome is highly correlated with genome size as well as ecological niche bacteria that occupy niches with frequent environmental fluctuations possess more histidine kinases and response regulators. [3] [29] New two-component systems may arise by gene duplication or by lateral gene transfer, and the relative rates of each process vary dramatically across bacterial species. [30] In most cases, response regulator genes are located in the same operon as their cognate histidine kinase [3] lateral gene transfers are more likely to preserve operon structure than gene duplications. [30]

Two-component systems are rare in eukaryotes. They appear in yeasts, filamentous fungi, and slime molds, and are relatively common in plants, but have been described as "conspicuously absent" from animals. [3] Two-component systems in eukaryotes likely originate from lateral gene transfer, often from endosymbiotic organelles, and are typically of the hybrid kinase phosphorelay type. [3] For example, in the yeast Candida albicans, genes found in the nuclear genome likely originated from endosymbiosis and remain targeted to the mitochondria. [31] Two-component systems are well-integrated into developmental signaling pathways in plants, but the genes probably originated from lateral gene transfer from chloroplasts. [3] An example is the chloroplast sensor kinase (CSK) gene in Arabidopsis thaliana, derived from chloroplasts but now integrated into the nuclear genome. CSK function provides a redox-based regulatory system that couples photosynthesis to chloroplast gene expression this observation has been described as a key prediction of the CoRR hypothesis, which aims to explain the retention of genes encoded by endosymbiotic organelles. [32] [33]

It is unclear why canonical two-component systems are rare in eukaryotes, with many similar functions having been taken over by signaling systems based on serine, threonine, or tyrosine kinases it has been speculated that the chemical instability of phosphoaspartate is responsible, and that increased stability is needed to transduce signals in the more complex eukaryotic cell. [3] Notably, cross-talk between signaling mechanisms is very common in eukaryotic signaling systems but rare in bacterial two-component systems. [34]

Because of their sequence similarity and operon structure, many two-component systems – particularly histidine kinases – are relatively easy to identify through bioinformatics analysis. (By contrast, eukaryotic kinases are typically easily identified, but they are not easily paired with their substrates.) [3] A database of prokaryotic two-component systems called P2CS has been compiled to document and classify known examples, and in some cases to make predictions about the cognates of "orphan" histidine kinase or response regulator proteins that are genetically unlinked to a partner. [35] [36]


Koolhydraten

The first class of biomolecules we will discuss are the carbohydrates. These molecules are comprised of the elements carbon (C), hydrogen (H), and oxygen (O). Commonly, these molecules are known as sugars. Carbohydrates can range in size from very small to very large. Like all the other biomolecules, carbohydrates are often built into long chains by stringing together smaller units. This works like adding beads to a bracelet to make it longer. The general term for a single unit or bead is a monomeer . The term for a long string of monomers is a polymeer .

Examples of carbohydrates include the sugars found in milk (lactose) and table sugar (sucrose). Depicted below is the structure of the monomer sugar glucose, a major source of energy for our body.

Carbohydrates have several functions in cells. They are an excellent source of energy for the many different activities going on in our cells. Some carbohydrates may have a structural function. For example, the material that makes plants stand tall and gives wood its tough properties is a polymer form of glucose known as cellulose . Other types of sugar polymers make up the stored forms of energy known as starch and glycogen . Starch is found in plant products such as potatoes and glycogen is found in animals. A short molecule of glycogen is shown below. You can manipulate the molecule yourself to take a good look.

Carbohydrates are essential for cells to communicate with each other. They also help cells adhere to each other and the material surrounding the cells in the body. The ability of the body to defend itself against invading microbes and the removal of foreign material from the body (such as the capture of dust and pollen by the mucus in our nose and throat) is also dependent on the properties of carbohydrates.


1.2 Themes and Concepts of Biology

Aan het einde van dit gedeelte kunt u het volgende doen:

  • Identify and describe the properties of life
  • Describe the levels of organization among living things
  • Recognize and interpret a phylogenetic tree
  • List examples of different subdisciplines in biology

Biology is the science that studies life, but what exactly is life? This may sound like a silly question with an obvious response, but it is not always easy to define life. Een tak van de biologie, virologie genaamd, bestudeert bijvoorbeeld virussen, die enkele kenmerken van levende wezens vertonen, maar andere missen. Although viruses can attack living organisms, cause diseases, and even reproduce, they do not meet the criteria that biologists use to define life. Consequently, virologists are not biologists, strictly speaking. Similarly, some biologists study the early molecular evolution that gave rise to life. Since the events that preceded life are not biological events, these scientists are also excluded from biology in the strict sense of the term.

From its earliest beginnings, biology has wrestled with three questions: What are the shared properties that make something “alive”? Once we know something is alive, how do we find meaningful levels of organization in its structure? Finally, when faced with the remarkable diversity of life, how do we organize the different kinds of organisms so that we can better understand them? As scientists discover new organisms every day, biologists continue to seek answers to these and other questions.

Eigenschappen van het leven

All living organisms share several key characteristics or functions: order, sensitivity or response to the environment, reproduction, adaptation, growth and development, regulation/homeostasis, energy processing, and evolution. Samen bekeken, dienen deze acht kenmerken om het leven te definiëren.

Volgorde

Organisms are highly organized, coordinated structures that consist of one or more cells. Even very simple, single-celled organisms are remarkably complex: inside each cell, atoms comprise molecules. These in turn comprise cell organelles and other cellular inclusions. In multicellular organisms (Figure 1.10), similar cells form tissues. Tissues, in turn, collaborate to create organs (body structures with a distinct function). Organs work together to form organ systems.

Gevoeligheid of reactie op prikkels

Organismen reageren op verschillende stimuli. For example, plants can bend toward a source of light, climb on fences and walls, or respond to touch (Figure 1.11). Even tiny bacteria can move toward or away from chemicals (a process called chemotaxis) or light (fototaxi's). Movement toward a stimulus is a positive response, while movement away from a stimulus is a negative response.

Link naar leren

Watch this video to see how plants respond to a stimulus—from opening to light, to wrapping a tendril around a branch, to capturing prey.

Reproductie

Single-celled organisms reproduce by first duplicating their DNA, and then dividing it equally as the cell prepares to divide to form two new cells. Multicellular organisms often produce specialized reproductive cells—gametes and oocyte and sperm cells. After fertilization (the fusion of an oocyte and a sperm cell), a new individual develops. When reproduction occurs, DNA containing genes are passed along to an organism’s offspring. These genes ensure that the offspring will belong to the same species and will have similar characteristics, such as size and shape.

Aanpassing

Alle levende organismen vertonen een "fit" aan hun omgeving. Biologists refer to this fit as adaptation, and it is a consequence of evolution by natural selection, which operates in every lineage of reproducing organisms. Examples of adaptations are diverse and unique, from heat-resistant Archaea that live in boiling hotsprings to the tongue length of a nectar-feeding moth that matches the size of the flower from which it feeds. Adaptations enhance the reproductive potential of the individuals exhibiting them, including their ability to survive to reproduce. Aanpassingen zijn niet constant. Naarmate een omgeving verandert, zorgt natuurlijke selectie ervoor dat de kenmerken van de individuen in een populatie die veranderingen volgen.

Groei en ontwikkeling

Organisms grow and develop as a result of genes providing specific instructions that will direct cellular growth and development. This ensures that a species’ young (Figure 1.12) will grow up to exhibit many of the same characteristics as its parents.

Regulation/Homeostasis

Even the smallest organisms are complex and require multiple regulatory mechanisms to coordinate internal functions, respond to stimuli, and cope with environmental stresses. Two examples of internal functions regulated in an organism are nutrient transport and blood flow. Organs (groups of tissues working together) perform specific functions, such as carrying oxygen throughout the body, removing wastes, delivering nutrients to every cell, and cooling the body.

In order to function properly, cells require appropriate conditions such as proper temperature, pH, and appropriate concentration of diverse chemicals. Deze voorwaarden kunnen echter van het ene moment op het andere veranderen. Organisms are able to maintain internal conditions within a narrow range almost constantly, despite environmental changes, through homeostasis (literally, “steady state”). For example, an organism needs to regulate body temperature through the thermoregulation process. Organisms that live in cold climates, such as the polar bear (Figure 1.13), have body structures that help them withstand low temperatures and conserve body heat. Structures that aid in this type of insulation include fur, feathers, blubber, and fat. In warme klimaten hebben organismen methoden (zoals transpiratie bij mensen of hijgen bij honden) die hen helpen overtollige lichaamswarmte af te voeren.

Energieverwerking

All organisms use a source of energy for their metabolic activities. Some organisms capture energy from the sun and convert it into chemical energy in food. Others use chemical energy in molecules they take in as food (Figure 1.14).

Evolutie

The diversity of life on Earth is a result of mutations, or random changes in hereditary material over time. These mutations allow the possibility for organisms to adapt to a changing environment. An organism that evolves characteristics fit for the environment will have greater reproductive success, subject to the forces of natural selection.

Niveaus van organisatie van levende wezens

Living things are highly organized and structured, following a hierarchy that we can examine on a scale from small to large. The atom is the smallest and most fundamental unit of matter that retains the properties of an element. Het bestaat uit een kern omgeven door elektronen. Atomen vormen moleculen. Een molecuul is een chemische structuur die bestaat uit ten minste twee atomen die bij elkaar worden gehouden door een of meer chemische bindingen. Many molecules that are biologically important are macromolecules , large molecules that are typically formed by polymerization (a polymer is a large molecule that is made by combining smaller units called monomers, which are simpler than macromolecules). An example of a macromolecule is deoxyribonucleic acid (DNA) (Figure 1.15), which contains the instructions for the structure and functioning of all living organisms.

Link naar leren

Watch this video that animates the three-dimensional structure of the DNA molecule in Figure 1.15.

Some cells contain aggregates of macromolecules surrounded by membranes. We call these organelles . Organellen zijn kleine structuren die in cellen voorkomen. Voorbeelden van organellen zijn mitochondriën en chloroplasten, die onmisbare functies vervullen: mitochondriën produceren energie om de cel van energie te voorzien, terwijl chloroplasten groene planten in staat stellen de energie in zonlicht te gebruiken om suikers te maken. All living things are made of cells. The cell itself is the smallest fundamental unit of structure and function in living organisms. (This requirement is why scientists do not consider viruses living: they are not made of cells. To make new viruses, they have to invade and hijack the reproductive mechanism of a living cell. Only then can they obtain the materials they need to reproduce.) Some organisms consist of a single cell and others are multicellular. Scientists classify cells as prokaryotic or eukaryotic. Prokaryotes are single-celled or colonial organisms that do not have membrane-bound nuclei. In contrast, the cells of eukaryotes do have membrane-bound organelles and a membrane-bound nucleus.

In larger organisms, cells combine to make tissues , which are groups of similar cells carrying out similar or related functions. Organs are collections of tissues grouped together performing a common function. Organen komen niet alleen in dieren voor, maar ook in planten. Een orgaansysteem is een hoger organisatieniveau dat bestaat uit functioneel gerelateerde organen. Zoogdieren hebben veel orgaansystemen. For instance, the circulatory system transports blood through the body and to and from the lungs. It includes organs such as the heart and blood vessels. Organismen zijn individuele levende wezens. Elke boom in een bos is bijvoorbeeld een organisme. Single-celled prokaryotes and single-celled eukaryotes are also organisms, which biologists typically call microorganisms.

Biologists collectively call all the individuals of a species living within a specific area a population . For example, a forest may include many pine trees, which represent the population of pine trees in this forest. Verschillende populaties kunnen in hetzelfde specifieke gebied leven. For example, the forest with the pine trees includes populations of flowering plants, insects, and microbial populations. A community is the sum of populations inhabiting a particular area. Alle bomen, bloemen, insecten en andere populaties in een bos vormen bijvoorbeeld de gemeenschap van het bos. Het bos zelf is een ecosysteem. An ecosystem consists of all the living things in a particular area together with the abiotic, nonliving parts of that environment such as nitrogen in the soil or rain water. At the highest level of organization (Figure 1.16), the biosphere is the collection of all ecosystems, and it represents the zones of life on Earth. Het omvat tot op zekere hoogte land, water en zelfs de atmosfeer.

Visuele verbinding

Welke van de volgende beweringen is onjuist?

  1. Weefsels bestaan ​​in organen die bestaan ​​in orgaansystemen.
  2. Gemeenschappen bestaan ​​binnen populaties die bestaan ​​binnen ecosystemen.
  3. Organellen bestaan ​​in cellen die in weefsels bestaan.
  4. Gemeenschappen bestaan ​​binnen ecosystemen die in de biosfeer bestaan.

De diversiteit van het leven

The fact that biology, as a science, has such a broad scope has to do with the tremendous diversity of life on earth. The source of this diversity is evolution , the process of gradual change in a population or species over time. Evolutionaire biologen bestuderen de evolutie van levende wezens in alles, van de microscopische wereld tot ecosystemen.

A phylogenetic tree (Figure 1.17) can summarize the evolution of various life forms on Earth. It is a diagram showing the evolutionary relationships among biological species based on similarities and differences in genetic or physical traits or both. Nodes and branches comprise a phylogenetic tree. The internal nodes represent ancestors and are points in evolution when, based on scientific evidence, researchers believe an ancestor has diverged to form two new species. The length of each branch is proportional to the time elapsed since the split.

Evolutie verbinding

Carl Woese and the Phylogenetic Tree

In het verleden groepeerden biologen levende organismen in vijf koninkrijken: dieren, planten, schimmels, protisten en bacteriën. They based the organizational scheme mainly on physical features, as opposed to physiology, biochemistry, or molecular biology, all of which modern systematics use. American microbiologist Carl Woese's pioneering work in the early 1970s has shown, however, that life on Earth has evolved along three lineages, now called domains—Bacteria, Archaea, and Eukarya. The first two are prokaryotic cells with microbes that lack membrane-enclosed nuclei and organelles. The third domain contains the eukaryotes and includes unicellular microorganisms (protists), together with the three remaining kingdoms (fungi, plants, and animals). Woese defined Archaea as a new domain, and this resulted in a new taxonomic tree (Figure 1.17). Veel organismen die tot het Archaea-domein behoren, leven onder extreme omstandigheden en worden extremofielen genoemd. Om zijn boom te construeren, gebruikte Woese genetische relaties in plaats van overeenkomsten op basis van morfologie (vorm).

Woese constructed his tree from universally distributed comparative gene sequencing that are present in every organism, and conserved (meaning that these genes have remained essentially unchanged throughout evolution). Woese’s approach was revolutionary because comparing physical features are insufficient to differentiate between the prokaryotes that appear fairly similar in spite of their tremendous biochemical diversity and genetic variability (Figure 1.18). Comparing rRNA sequences provided Woese with a sensitive device that revealed the extensive variability of prokaryotes, and which justified separating the prokaryotes into two domains: bacteria and archaea.

Takken van biologische studie

The scope of biology is broad and therefore contains many branches and subdisciplines. Biologists may pursue one of those subdisciplines and work in a more focused field. Moleculaire biologie en biochemie bestuderen bijvoorbeeld biologische processen op moleculair en chemisch niveau, inclusief interacties tussen moleculen zoals DNA, RNA en eiwitten, evenals de manier waarop ze worden gereguleerd. Microbiology , the study of microorganisms, is the study of the structure and function of single-celled organisms. Het is zelf een vrij brede tak en afhankelijk van het onderwerp van studie zijn er onder andere microbiële fysiologen, ecologen en genetici.

Carrièreverbinding

Forensic Scientist

Forensische wetenschap is de toepassing van wetenschap om vragen met betrekking tot de wet te beantwoorden. Zowel biologen als chemici en biochemici kunnen forensische wetenschappers zijn. Forensische wetenschappers leveren wetenschappelijk bewijs voor gebruik in rechtbanken, en hun werk omvat het onderzoeken van sporenmateriaal dat verband houdt met misdaden. De belangstelling voor forensische wetenschap is de afgelopen jaren toegenomen, mogelijk door populaire televisieprogramma's waarin forensische wetenschappers aan het werk zijn. Also, developing molecular techniques and establishing DNA databases have expanded the types of work that forensic scientists can do. Hun werkactiviteiten houden voornamelijk verband met misdaden tegen mensen zoals moord, verkrachting en aanranding. Their work involves analyzing samples such as hair, blood, and other body fluids and also processing DNA (Figure 1.19) found in many different environments and materials. Forensische wetenschappers analyseren ook ander biologisch bewijsmateriaal dat op plaats delict is achtergelaten, zoals insectenlarven of stuifmeelkorrels. Students who want to pursue careers in forensic science will most likely have to take chemistry and biology courses as well as some intensive math courses.

Another field of biological study, neurobiology , studies the biology of the nervous system, and although it is a branch of biology, it is also an interdisciplinary field of study known as neuroscience. Because of its interdisciplinary nature, this subdiscipline studies different nervous system functions using molecular, cellular, developmental, medical, and computational approaches.

Paleontology , another branch of biology, uses fossils to study life’s history (Figure 1.20). Zoölogie en botanie zijn respectievelijk de studie van dieren en planten. Biologen kunnen zich ook specialiseren als biotechnologen, ecologen of fysiologen, om maar een paar gebieden te noemen. Dit is slechts een kleine greep uit de vele vakgebieden die biologen kunnen nastreven.

Biologie is het hoogtepunt van de prestaties van de natuurwetenschappen vanaf het begin tot vandaag. Excitingly, it is the cradle of emerging sciences, such as the biology of brain activity, genetic engineering of custom organisms, and the biology of evolution that uses the laboratory tools of molecular biology to retrace the earliest stages of life on Earth. A scan of news headlines—whether reporting on immunizations, a newly discovered species, sports doping, or a genetically-modified food—demonstrates the way biology is active in and important to our everyday world.

Als Amazon Associate verdienen we aan in aanmerking komende aankopen.

Wilt u dit boek citeren, delen of wijzigen? Dit boek is Creative Commons Attribution License 4.0 en je moet OpenStax toeschrijven.

    Als u dit boek geheel of gedeeltelijk in gedrukte vorm opnieuw distribueert, moet u op elke fysieke pagina de volgende bronvermelding opnemen:

  • Gebruik de onderstaande informatie om een ​​citaat te genereren. We raden aan om een ​​citatietool zoals deze te gebruiken.
    • Auteurs: Mary Ann Clark, Matthew Douglas, Jung Choi
    • Uitgever/website: OpenStax
    • Titel van het boek: Biologie 2e
    • Publicatiedatum: 28 mrt. 2018
    • Locatie: Houston, Texas
    • Boek-URL: https://openstax.org/books/biology-2e/pages/1-introduction
    • Section URL: https://openstax.org/books/biology-2e/pages/1-2-themes-and-concepts-of-biology

    © 7 januari 2021 OpenStax. Tekstboekinhoud geproduceerd door OpenStax is gelicentieerd onder een Creative Commons Attribution License 4.0-licentie. De OpenStax-naam, het OpenStax-logo, de OpenStax-boekomslagen, de OpenStax CNX-naam en het OpenStax CNX-logo zijn niet onderworpen aan de Creative Commons-licentie en mogen niet worden gereproduceerd zonder de voorafgaande en uitdrukkelijke schriftelijke toestemming van Rice University.


    Bekijk de video: DNA structuur (November 2021).