Informatie

6.1: Inleiding - Biologie


Bij meer geavanceerde dieren zijn de zintuigen constant aan het werk, waardoor het dier zich bewust wordt van stimuli - zoals licht of geluid, of de aanwezigheid van een chemische stof in de externe omgeving - en informatie over de interne omgeving van het organisme bewaakt. Alle bilateraal symmetrische dieren hebben een sensorisch systeem en de ontwikkeling van het sensorische systeem van elke soort is gedreven door natuurlijke selectie; dus sensorische systemen verschillen tussen soorten volgens de eisen van hun omgeving. De haai is, in tegenstelling tot de meeste roofvissen, elektrogevoelig, dat wil zeggen, gevoelig voor elektrische velden die door andere dieren in zijn omgeving worden geproduceerd. Hoewel het nuttig is voor dit onderwaterroofdier, is elektrogevoeligheid een gevoel dat bij de meeste landdieren niet wordt aangetroffen.


6.1 Het genoom

De continuïteit van het leven van de ene cel naar de andere heeft zijn basis in de reproductie van cellen door middel van de celcyclus. De celcyclus is een geordende opeenvolging van gebeurtenissen in het leven van een cel, van de deling van een enkele oudercel om twee nieuwe dochtercellen te produceren, tot de daaropvolgende deling van die dochtercellen. De mechanismen die betrokken zijn bij de celcyclus zijn sterk geconserveerd over eukaryoten. Organismen zo divers als protisten, planten en dieren passen vergelijkbare stappen toe.

Genomisch DNA

Alvorens de stappen te bespreken die een cel onderneemt om te repliceren, is een dieper begrip van de structuur en functie van de genetische informatie van een cel noodzakelijk. Het complete DNA-complement van een cel wordt het genoom genoemd. In prokaryoten is het genoom samengesteld uit een enkel, dubbelstrengs DNA-molecuul in de vorm van een lus of cirkel. Het gebied in de cel dat dit genetische materiaal bevat, wordt een nucleoïde genoemd. Sommige prokaryoten hebben ook kleinere DNA-lussen, plasmiden genaamd, die niet essentieel zijn voor normale groei.

Bij eukaryoten bestaat het genoom uit verschillende dubbelstrengs, lineaire DNA-moleculen (Figuur 6.2) die met eiwitten zijn gebonden om complexen te vormen die chromosomen worden genoemd. Elke soort eukaryoot heeft een karakteristiek aantal chromosomen in de kernen van zijn cellen. Menselijke lichaamscellen (somatische cellen) hebben 46 chromosomen. Een somatische cel bevat twee op elkaar afgestemde sets chromosomen, een configuratie die bekend staat als diploïde. De brief N wordt gebruikt om een ​​enkele set chromosomen weer te geven, daarom wordt een diploïde organisme aangeduidN. Menselijke cellen die één set van 23 chromosomen bevatten, worden gameten genoemd, of geslachtscellen, deze eieren en sperma worden aangeduid Nof haploïde.

De gematchte paren chromosomen in een diploïde organisme worden homologe chromosomen genoemd. Homologe chromosomen zijn even lang en hebben specifieke nucleotidesegmenten die genen worden genoemd op precies dezelfde locatie of locus. Genen, de functionele eenheden van chromosomen, bepalen specifieke kenmerken door te coderen voor specifieke eiwitten. Eigenschappen zijn de verschillende vormen van een kenmerk. De vorm van oorlellen is bijvoorbeeld een kenmerk met kenmerken van vrij of gehecht.

Elke kopie van het homologe paar chromosomen is afkomstig van een andere ouder, daarom zijn de kopieën van elk van de genen zelf mogelijk niet identiek. De variatie van individuen binnen een soort wordt veroorzaakt door de specifieke combinatie van de genen die van beide ouders zijn geërfd. Er zijn bijvoorbeeld drie mogelijke gensequenties op het menselijke chromosoom die coderen voor bloedgroep: sequentie A, sequentie B en sequentie O. Omdat alle diploïde menselijke cellen twee kopieën hebben van het chromosoom dat de bloedgroep bepaalt, is de bloedgroep (de trait) wordt bepaald door welke twee versies van het markergen worden geërfd. Het is mogelijk om twee kopieën van dezelfde gensequentie te hebben, één op elk homoloog chromosoom (bijvoorbeeld AA, BB of OO), of twee verschillende sequenties, zoals AB.

Kleine variaties in eigenschappen, zoals die voor bloedgroep, oogkleur en lengte, dragen bij aan de natuurlijke variatie die binnen een soort wordt aangetroffen. De geslachtschromosomen, X en Y, zijn de enige uitzondering op de regel van homologe chromosomen, behalve een kleine hoeveelheid homologie die nodig is om op betrouwbare wijze gameten te produceren, de genen op de X- en Y-chromosomen zijn niet hetzelfde.


Invoering

Vrijwel elke taak die door levende organismen wordt uitgevoerd, vereist energie. Er is energie nodig om zware arbeid en lichaamsbeweging uit te voeren. Ook tijdens het denken en zelfs tijdens de slaap verbruiken mensen veel energie. In feite gebruiken de levende cellen van elk organisme constant energie. Voedingsstoffen en andere moleculen worden geïmporteerd, gemetaboliseerd (afgebroken), gesynthetiseerd tot nieuwe moleculen, indien nodig aangepast, door de cel getransporteerd en, in sommige gevallen, gedistribueerd naar het hele organisme. De grote eiwitten waaruit spieren bestaan, worden bijvoorbeeld actief opgebouwd uit kleinere moleculen. Complexe koolhydraten worden afgebroken tot eenvoudige suikers die de cel gebruikt voor energie. Net zoals energie nodig is om een ​​gebouw te bouwen en af ​​te breken, is er energie nodig voor zowel de synthese als de afbraak van moleculen. Bovendien worden signaalmoleculen zoals hormonen en neurotransmitters actief tussen cellen getransporteerd. Pathogene bacteriën en virussen worden opgenomen en afgebroken door cellen. Cellen moeten ook afval en gifstoffen exporteren om gezond te blijven. Veel cellen zwemmen of verplaatsen omringende materialen via de kloppende beweging van cellulaire aanhangsels zoals trilharen en flagella.

Alle hierboven genoemde cellulaire processen vereisen een constante toevoer van energie. Waar en in welke vorm komt deze energie vandaan? Hoe krijgen levende cellen energie en hoe gebruiken ze die? Dit hoofdstuk bespreekt verschillende vormen van energie en de natuurkundige wetten die de energieoverdracht beheersen.

In dit hoofdstuk wordt ook besproken hoe enzymen de activeringsenergie verlagen die nodig is om een ​​chemische reactie in het lichaam op gang te brengen. Enzymen zijn cruciaal voor het leven zonder deze zouden de chemische reacties die nodig zijn om te overleven niet snel genoeg plaatsvinden voor een organisme om te overleven. Bij een persoon die bijvoorbeeld een van de enzymen mist die nodig zijn om een ​​type koolhydraat af te breken dat bekend staat als een mucopolysaccharide, hopen afvalproducten zich op in de cellen en veroorzaken ze progressieve hersenbeschadiging. Deze dodelijke genetische ziekte wordt Sanfilippo-syndroom type B of Mucopolysaccharidose III genoemd. Voorheen ongeneeslijk, hebben wetenschappers nu een manier ontdekt om het ontbrekende enzym in de hersenen van muizen te vervangen. Lees hier meer over het onderzoek van de wetenschappers.

Ondersteuning voor docenten

Metabolisme omvat een breed scala aan cellulaire activiteiten, waaronder de behoefte aan energie en de verwijdering van afvalstoffen uit cellen, weefsels en organen.

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: Julianne Zedalis, John Eggebrecht
    • Uitgever/website: OpenStax
    • Titel van het boek: Biologie voor AP®-cursussen
    • Publicatiedatum: 8 maart 2018
    • Locatie: Houston, Texas
    • Boek-URL: https://openstax.org/books/biology-ap-courses/pages/1-introduction
    • Sectie-URL: https://openstax.org/books/biology-ap-courses/pages/6-introduction

    © 12 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.


    Ondersteuning, beweging en bescherming

    Sommige functies van het skelet zijn gemakkelijker waarneembaar dan andere. Wanneer u beweegt, kunt u voelen hoe uw botten u ondersteunen, uw beweging vergemakkelijken en de zachte organen van uw lichaam beschermen. Net zoals de stalen balken van een gebouw een steiger vormen om het gewicht te dragen, vormen de botten en het kraakbeen van uw skelet de steiger die de rest van uw lichaam ondersteunt. Zonder het skelet zou je een slappe massa van organen, spieren en huid zijn. Botten vergemakkelijken de beweging door als aanhechtingspunten voor je spieren te dienen. Botten beschermen ook interne organen tegen verwondingen door ze te bedekken of te omringen. Uw ribben beschermen bijvoorbeeld uw longen en hart, de botten van uw wervelkolom (wervelkolom) beschermen uw ruggenmerg en de botten van uw schedel (schedel) beschermen uw hersenen (zie figuur 6.1.1).


    6.0 Inleiding

    In 1996 werd het schaap Dolly het eerste succesvol gekloonde zoogdier. Er was geen toevoeging van DNA van een vader, geen genetische "vermenging", alleen een identieke kopie van DNA van een moeder. Deze prestatie betekent veel dingen, waaronder het feit dat we momenteel de technologie hebben om honderden kopieën in massa te produceren van wat het beste en gezondste vee lijkt te zijn.

    Maar de wetenschappelijke gemeenschap lijkt weinig interesse te hebben in het opzetten van gigantische kloonlaboratoria. In plaats daarvan wordt seks als wenselijk gezien boven ongeslachtelijke voortplanting of klonen. Maar waarom zou je het risico nemen om een ​​potentieel inferieur kind te maken als er een ideale ouder beschikbaar is? Met de huidige genetische technologie kunnen mensen de genetische code van schapen herschrijven. We hebben de capaciteiten om ziekteresistentie te geven, de vleesproductie te verhogen en binnenkort kunnen we genetische ziekten misschien elimineren. Waarom maken we niet gewoon een "superschaap" en kopiëren het duizenden keren? Wat doet seks voor individuen, met name voor hun genetische code, die te belangrijk is om te vervangen door een echt cool kloonlab?

    Afbeelding 6.1 Dolly het schaap


    Referenties

    Centra voor ziektebestrijding en -preventie (2005). Alcoholgebruik en zwangerschap. Opgehaald van http://www.cdc.gov/ncbddd/factsheets/FAS_alcoholuse.pdf

    DeCasper, A.J., & Fifer, W.P. (1980). Van menselijke binding: pasgeborenen geven de voorkeur aan de stem van hun moeder. Wetenschap, 208, 1174–1176

    Duncan, G., & Brooks-Gunn, J. (2000). Gezinsarmoede, hervorming van de bijstand en ontwikkeling van kinderen. Ontwikkeling van het kind, 71(1), 188–196

    Evans, G.W., & English, K. (2002). De omgeving van armoede: blootstelling aan meerdere stressoren, psychofysiologische stress en sociaal-emotionele aanpassing. Ontwikkeling van het kind, 73(4), 1238–1248

    Gunnar, M., & Quevedo, K. (2007). De neurobiologie van stress en ontwikkeling. Jaaroverzicht van psychologie, 58, 145–173.

    Haber, M., & Toro, P. (2004). Dakloosheid bij gezinnen, kinderen en adolescenten: een ecologisch ontwikkelingsperspectief. Klinische beoordeling van kinder- en gezinspsychologie, 7(3), 123–164.

    Mennella, J.A., Jagnow, C.P., & Beauchamp, G.K. (2001). Prenataal en postnataal leren van smaak door menselijke zuigelingen. Kindergeneeskunde, 107(6), e88.

    Moon, C., Cooper, R.P., & Fifer, W.P. (1993). Tweejarigen geven de voorkeur aan hun moedertaal. Gedrag en ontwikkeling van baby's, 16 jaar, 495–500.

    Moore, K., & Persaud, T. (1993). De zich ontwikkelende mens: klinisch georiënteerde embryologie (5e ed.). Philadelphia, PA: Saunders.

    Niccols, G.A. (1994). Foetaal alcoholsyndroom: implicaties voor psychologen. Klinische psychologie Review, 14, 91–111.


    Hoofdstuk 10: Inleiding tot biotechnologie

    Figuur 10.1 (a) Een thermische cycler, zoals hier getoond, is een basisinstrument dat wordt gebruikt om DNA te bestuderen in een proces dat de polymerasekettingreactie (PCR) wordt genoemd. Het polymerase-enzym dat het vaakst bij PCR wordt gebruikt, is afkomstig van een bacteriestam die leeft in (b) de warmwaterbronnen van Yellowstone National Park. (credit a: wijziging van werk door Magnus Manske credit b: wijziging van werk door Jon Sullivan)

    De tweede helft van de twintigste eeuw begon met de ontdekking van de structuur van DNA en ging vervolgens over tot de ontwikkeling van de basisinstrumenten die werden gebruikt voor het bestuderen en DNA manipuleren. Deze vooruitgang, evenals de vooruitgang in ons begrip van en ons vermogen om cellen te manipuleren, hebben ertoe geleid dat sommigen de eenentwintigste eeuw de biotechnologische eeuw noemen. Het tempo waarin nieuwe toepassingen in de geneeskunde, landbouw en energie worden ontdekt en ontwikkeld, zal naar verwachting versnellen, wat enorme voordelen voor de mensheid en misschien ook aanzienlijke risico's met zich meebrengt. Veel van deze ontwikkelingen zullen naar verwachting belangrijke ethische en sociale vragen oproepen die menselijke samenlevingen nog niet hebben overwogen.


    Primaire en secundaire detectiereagentia

    Zowel enzym- als macrofluorofoorlabels kunnen direct worden gekoppeld aan doelspecifieke affiniteitsreagentia (primaire detectie) of aan meer generieke affiniteitsreagentia die stabiele complexen vormen met niet-gelabelde primaire reagentia, meestal op basis van immunoherkenning (secundaire detectie). Zoals schematisch aangegeven in Afbeelding 6.1.1secundaire detectie verschaft inherent enige mate van signaalversterking, hoewel soms ten koste van extra achtergrond als gevolg van niet-specifieke binding. Deze basisconcepten van primaire en secundaire detectie zijn niet alleen van toepassing op de signaalversterkingstechnieken die in dit hoofdstuk worden behandeld, maar ook op de kleurstofgelabelde affiniteitsreagentia die worden beschreven in Antilichamen, avidines en lectines – hoofdstuk 7.

    Primaire detectiereagentia

    Elk gemakkelijk detecteerbaar molecuul dat direct aan een specifiek doelwit bindt, is een primair detectiereagens. Dergelijke reagentia worden gedetecteerd door fluorescentie, chemiluminescentie, absorptie of elektronendiffractie verleend door stabiel gehechte labels. De conjugatie- en verknopingschemie die wordt gebruikt om deze stabiele aanhechtingen te creëren, wordt in detail besproken in Fluorophores and their Amine-Reactive Derivatives-Hoofdstuk 1, Thiol-Reactive Probes-Hoofdstuk 2 en Crosslinking and Photoactivatable Reagents-Hoofdstuk 5. Naast onze fluorofoor-gelabelde anti-kleurstof-antilichamen (Anti-Dye and Anti-Hapten Antibodies—Sectie 7.4) en monoklonale antilichamen (www.invitrogen.com/handbook/antibodies), veel van de plaatsselectieve producten van Molecular Probes kunnen worden beschouwd als primaire detectiereagentia. Deze omvatten onze fluorescerende lectines (lectines en andere koolhydraatbindende eiwitten - paragraaf 7.7), nucleïnezuurvlekken (nucleïnezuurdetectie en -analyse - hoofdstuk 8), eiwit- en glycoproteïnevlekken (eiwitdetectie op gels, blots en arrays - paragraaf 9.3, Detectie Eiwitmodificaties - Paragraaf 9.4), fallotoxinen (Probes voor Actine - Paragraaf 11.1), membraansondes (Probes voor Lipiden en Membranen - Hoofdstuk 13), annexine V-conjugaten voor het detecteren van apoptotische cellen (Assays voor Apoptose - Paragraaf 15.5) en verschillende geneesmiddelen en toxines analogen (Probes voor Neurotransmitter Receptors—Sectie 16.2, Probes voor Ionenkanalen en Dragers—Sectie 16.3). Deze primaire detectiereagentia kunnen doorgaans worden gedetecteerd door middel van fluorescentiemicroscopie, fluorometrie of flowcytometriemethoden.

    Secundaire detectiereagentia

    Hoewel veel biomoleculen, zoals antilichamen en lectines, selectief binden aan een biologisch doelwit, moeten ze meestal chemisch worden gemodificeerd voordat ze kunnen worden gedetecteerd. Vaak is het biomolecuul geconjugeerd aan een fluorescerende of chromofore kleurstof of aan een zwaar atoomcomplex zoals colloïdaal goud. De onderzoeker kan echter de tijd en kosten die nodig zijn voor deze conjugaties willen vermijden en in plaats daarvan ervoor kiezen om een ​​meer generiek secundair detectiereagens te gebruiken. Typisch herkennen secundaire detectiereagentia een bepaalde klasse moleculen. Gelabelde anti-muis IgG-antilichamen van geiten kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt om een ​​enorme verscheidenheid aan doelwitspecifieke monoklonale muizenantilichamen te lokaliseren. Ons uitgebreide aanbod aan secundaire antilichamen (secundaire immunoreagentia - paragraaf 7.2) biedt een brede selectie van labels, waaronder onze superieure Alexa Fluor-kleurstofreeks, phycobiliproteïnen, Alexa Fluor-kleurstof-phycobiliproteïne tandem-fluoroforen, Qdot-nanokristallen, biotine en enzymlabels (HRP en alkalische fosfatase). We bieden ook veel opties op het gebied van immunoreactiviteit, een essentiële overweging bij het vermijden van verwarrende kruisreactiviteit bij het uitvoeren van gelijktijdige secundaire immunodetectie van twee of meer doelen. Ons portfolio van gelabelde secundaire antilichamen bevat antilichamen tegen IgG en IgM van verschillende zoogdiersoorten, waaronder verschillende isotypen van IgG van muizen, evenals antilichamen tegen IgY van vogels (kippen). Onze Zenon-technologie voor het labelen van antilichamen (Zenon Technology: Versatile Reagents for Immunolabeling—Sectie 7.3) maakt gebruik van conjugaten van een Fc-specifiek anti-IgG Fab-fragment voor de snelle en kwantitatieve labeling van het overeenkomstige antilichaam van muizen, konijnen, geiten of mensen.


    6.1: Inleiding - Biologie

    Figuur 1. Door te experimenteren met duizenden doperwten, ontdekte Mendel de fundamenten van genetica. (credit: wijziging van het werk door Jerry Kirkhart)

    Genetica is de studie van erfelijkheid. Johann Gregor Mendel zette het raamwerk voor genetica lang voordat chromosomen of genen waren geïdentificeerd, in een tijd dat meiose niet goed werd begrepen. Mendel selecteerde een eenvoudig biologisch systeem en voerde methodische, kwantitatieve analyses uit met behulp van grote steekproefomvang. Door het werk van Mendel werden de fundamentele principes van erfelijkheid onthuld. We weten nu dat genen, gedragen op chromosomen, de fundamentele functionele eenheden van erfelijkheid zijn met het vermogen om te worden gerepliceerd, tot expressie gebracht of gemuteerd. Tegenwoordig vormen de postulaten van Mendel de basis van de klassieke of Mendeliaanse genetica. Volgens de Mendeliaanse genetica worden niet alle genen van ouders op nakomelingen overgedragen, maar de experimenten van Mendel dienen als een uitstekend startpunt om over erfelijkheid na te denken.


    6.1 Hoofdstuk Doelstellingen

    In dit hoofdstuk zullen we in grote lijnen twee soorten celdeling bespreken: mitose en meiose. In het bijzonder zullen we meiose benadrukken, en hoe meiose verantwoordelijk is voor het genereren van veel van de diversiteit die we associëren met seksuele voortplanting. Ons primaire doel is dat u begrijpt: hoe meiose genereert genetische diversiteit, en hoe de cellen die het resultaat zijn - sperma en eieren - combineren om unieke individuen te creëren in de volgende generatie.

    Aan het einde van je lezing en onze discussies in de klas, zou je in staat moeten zijn om:

    1. Definieer de volgende termen
      • Mitose
      • Meiosis
      • gameet
      • Zygoot
      • Bevruchting
      • Haploïde
      • diploïde
      • homoloog paar
      • chromatidenpaar
      • Tetrad
      • Oversteken
      • recombinatie
      • Onafhankelijk assortiment
      • Profase, metafase, anafase, telofase, cytokinese
      • Meiose I en Meiose II
      • uitkruising
      • Genotype
      • fenotype
      • recessief
      • dominant
      • Mutatie
      • homozygoot
      • Heterozygoot
      • Punnett vierkant
      • Geslachtsgebonden overerving
      • Monoallele overerving
    2. Vergelijk de processen van mitose en meiose
    3. Beschrijf de nageslachtcellen van zowel mitose als meiose, vooral ten opzichte van de oorspronkelijke cel
    4. Beschrijf hoe meiose genetische diversiteit genereert via onafhankelijk assortiment en kruising
    5. Gebruik Punnett-vierkanten om overervingskansen te voorspellen voor eigenschappen van één gen, inclusief geslachtsgebonden eigenschappen
    6. Maak onderscheid tussen de overervingspatronen van recessieve en dominante allelen


    Bekijk de video: - Chemische processen in het lichaam (November 2021).