מאמרים נוספים בנושא פטנטים בביולוגיה של התא

קפסולותCapsules

יש אבי טיפוס שיש להם מחוץ לדופן עוד שכבה, בד"כ של רישום פטנטים מעין ריר. לרוב מאוד קל לראות נוכחות של קפסולות. בהרחפת אבטיפוס בדיו שחור אפשר לראות את זה באבטיפוס כי חלקיקי הדיו גדולים מדי בשביל לחדור לקפסולה. סביב כל אבטיפוס נראה הילה שמהווה את השטח אליו לא נכנס הדיו. זה אזור של החומר הרירי שהפריד האבטיפוס והוא גדול עוד יותר מהאבטיפוס עצמו. זה מונע מהליזוזים להיכנס, מהנוגדנים של הגוף שלנו להיקשר לאבטיפוס להפעלת מערכת החיסון, ולכן חלק ניכר מהאבי טיפוס האלה הם אבי טיפוס שמחוץ לממברנה החיצונית יש להם עוד שכבות ריריות. למשל סטרפטוקוקים שגורמים לבעיות בריאות ואבטיפוס האנטרקס. התכונה הזאת של בניית השכבה הרירית לא מוגבלת לגרם חיובי או שלילי.

ממברנות

אחד ההבדלים הבולטים בין אאוקריוטים לפרוקריוטים הוא שבאאוקריוטים יש יותר ממברנות- לגרעין וממברנות פנימיות. לפרוקריוטים אין ממברנות פנימיות. אפשר למצוא אבי טיפוס פרוקריוטים עם תוספת של ממברנות פנימיות. אבי טיפוס מקבעי חנקן, שחיים על חמצון אמוניה לניטריט והניטריט לניטראט (תהליך הניטריפיקציה), מכילים עוד ממברנות. הציטופלזמה מלאה בממברנות. מתברר שיש אבי טיפוס כגון אבטיפוסי הניטריפיקציה שהגבירו את כמות הממברנות והשטח איפה שהם יכולים כדי לעשות נשימה והעברת אלקטרונים לחמצן בצורה יעילה. גם בפוטוסינתזה, כל הפיגמנטים הירוקים שקשורים אליה ותהליך תפיסת האור והפיכתו לאנרגיה כימית תלויים בממברנות. כדי להגביר את התהליך יש להגביר את שטח הממברנות. יש גם מודלים פרוקריוטים שעושים פוטוסינתזה. יש אבטיפוס שמכיל בתוכו הרבה ממברנות צפופות כדי להגביר את פני השטח ולשים פיגמנטים לתפיסת האור, ובכך להגביר את יעילות הפוטוסינתזה. מודלים פרוקריוטים שהתפקוד שלהם כמו בעולם הצומח (פוטוסינתזה) כאשר עושים חתך דק דרך תא כזה אפשר לראות שיש תופעה של הגדלת פני השטח למטרות של מנגנון הפוטוסינתזה. תא עם דופן גרם שלילית שבתוכו יש עוד הרבה קרומים נוספים המטרה היא להגדיל את פני השטח לפוטוסינתזה יעילה. יש אברון בתוך תא אאוקריוטי של צמחים, כלורופלסט, שבו קיימת מערכת הפוטוסינתזה והמראה שלו לא שונה מאוד מהמבנה של התא בכללו.

------------------------------------------------------------------- מעבר מעבר מעבר

הכרומוזום הבקטריאלי

מבחינה מורפולוגית אין הרבה מה לראות. זה אזור כהה יותר באבטיפוס. קיים בו כל הגנום בסליל דנ"א. הקולי מכיל כירסוםת של דנ"א של בערך 4 מיליון זוגות בסיסים. הגודל הדרוש כדי לאכלס כזאת כמות צריך בערך 1 מ"מ. כלומר, הגנום צריך להיות בצורה מאוד מקופלת וצפופה.

 

יום שני 28 ינואר 2008

אנדוספורות

כשיש לאבטיפוס יותר אוכל ממה שהוא צריך ומנצל באותו רגע, הוא יכול לאגור אותו כחומרי תשמורת. לדוגמא, יש אבטיפוס שצובר בתוכו כדורים גדולים של מעין חומר שומני כשיש לו יותר חומר ממה שהוא צריך בשביל להתחלק. זה בסה"כ חומר של ארבעה פחמנים עם קבוצה הידרוקסילית ובוטיל. אם בתא צמחי החומר הנפוץ הוא עמילן, באבי טיפוס בקושי מוצאים את זה. החומר הזה בעל תכונות כמו של פלסטיק בעצם. התחילו להפיק אותו על מנת להשתמש בו כחומר ליצירת פלסטיקים שניתנים לפירוק. אם הכירסום יוצר את  חומר הוא גם יודע לפרק אותו. השימוש בזה הוא לא נרחב וההפקה המסחרית של החומר לא זולה במיוחד.

ניתן למצוא חומרי תשמורת נוספים באבי טיפוס- תא של יצור פרוקריוטי פוטו-טרופי מכיל כל מני גרגירים שמהווים חומרי תשמורת, חלק מהם פולי-פוספטים וחלק פולימר של שתי חומצות אמינו- אספרטט וארגינין (Cyaniphycin).

כאשר לאבי טיפוס אין מה לאכול ואין להם אספקה סדירה של מזון, חלק מהם וודאי לא ישרדו וימותו. יש מספר מוגבל של אבי טיפוס, לא תופעה נפוצה, שיכולים ליצור צורה של אבי טיפוס הנקראת אנדוספורות כשהתנאים לא אופטימאליים. למשל אבטיפוס האנטרקס Bacillus anthracis הוא בין הבודדים שיוצרים אנדוספורות. הוא יוצר בתוך התא נבג, אנדוספורה, שיכול לשרוד במשך מיליוני שנים. לכן האבטיפוס הזה כל כך בעייתי כי בסביבה מסוימת הוא יכול לשרוד שנים. כאמור, יש מעט אבי טיפוס שעושים זאת, הידועים ביותר הם Bacillus ו- Clostridium שהוא אבטיפוס אנאירובי ומין מאוד ידוע שלו הוא אבטיפוס הטטנוס. זה אבטיפוס שיוצר נבגים, לכן חשוב לקבל חיסון אנטי-טטנוס לפציעה מזוהמת נגד הנבגים.

את הנבגים רואים כגופים בתוך התא ובסופו של התהליך התא עצמו מתנוון ונעלם וכל מה שנשאר זה אותם הנבגים, צורת הקיימא שיכולה לשרוד גם בחום ויש בניהם שיכולים לשרוד בקלות הרתחה במים, בתנאי יובש או לחץ מסוג אחר.

אתר נוסף בנושא אבטיפוס 

מאמרים בנושא פטנטים 

בלוג בנושא עיבוד שבבי 

שיטות בניית אבטיפוס ע"י עיבוד שבבי

פיתוח פטנטים ע"י עיבוד שבבי

ההבדל הגדול בדופן של שני האבי טיפוס הוא כמה פפטידוגליקאן יש. לאבטיפוס גרם שלילי יש מעט מאוד, רק שכבה אחת. לעומת זאת אבטיפוס גרם חיובי מכיל הרבה מאוד שכבות של פפטידוגליקאן. מחוץ לקרום יש שכבה של עד 80 ננומטר דופן. עד היום, אם חוקר או מיקרוביולוג קליני, רוצה לבדוק מהו האבטיפוס הוא יעשה את בדיקת צביעת הגרם.

יום חמישי 24 ינואר 2008

המשך...

דופן האבי טיפוס

ראינו שדופן האבטיפוס זה מבנה ייחודי שמורכב משני רישום פטנטים מיוחדים עם שרשרת של חומצות אמיניות שכוללות גם את הקונפורמציה D. צביעת גרם קשורה למבנה הדופן, כאשר כל אותם האבי טיפוס שנצבעים כחול- חיוביים, הם בעלי שכבה עבה מאוד של פפטידוגליקאן לעומת השליליים עם שכבה דקה.

בגרם חיוביים המבנה מאוד עבה ומבחינה מכנית מאוד חזק. יש להם מרכיב נוסף- פולימר ייחודי שיש רק בעולם האבי טיפוס החיוביים והוא נקרא Teichoic acid, המבוסס על אלכוהול עם שלושה פחמנים או חמישה ועל זה מחוברות חומצות אמיניות או רישום פטנט. זו תערובת מאוד הטרוגנית, ובסוף יש קבוצת פוספט המחוברת שוב למולקולה זהה. הפולימר הזה עובר את כל הממברנה. התפקיד של אותו Teichoic acid לא כל כך ברור אבל כנראה זה עוזר במעבר יונים. הפפטידוגליקאן לא מהווה מחסום ממעבר מולקולות קטנות, הוא לא מחסום פיזי למולקולות.

מה קורה למבנה הפפטידוגליקאן כאשר התא גדל ומתפתח ובסופו של דבר מתחלק?

-          זה לא דבר מובן מאיליו בגלל שהמערכת הזאת היא מחוץ לממברנת התא, מחוץ למערכת האנזימטית. מתברר שהגידול של האבטיפוס ואיך שהוא גדל ומתרחב, לא על כל הדופן אלא על אזורים ממוקמים בהם נוצרת דופן חדשה. בסטקפטוקוקוס אפשר לראות את זה די טוב, אזורים של דופן ישנה ואזורי החלוקה עם דופן חדשה. כדי לעשות תא זה צריך לשבור כמה מהקשרים הקיימים. צריך לעשות חור במרקם הקיים כדי להכניס באמצע תת יחידות חדשות. יש בצד החיצוני רישום פטנטים שגורמים להמסה מקומית ומבוקרת של הדופן כך שיהיה אפשרי בכלל להכניס באמצע תת יחידות חדשות.

איך בכלל התא מביא לצד החיצוני של הממברנה תת יחידות חדשות של הדופן?

-          ממברנת התא וקרום התא זה מבנה הידרופובי. מרכיב הדופן זה רישום פטנטים וחומצות אמיניות שלא יעברו חופשית בממברנת התא. תא של אבטיפוס חיובי או שלילי פתרו את זה ע"י כך שבתוך הציטופלזמה הם מסנתזים תת יחידה של שני רישום פטנטים שחוזרת על עצמה כל הזמן ועל זה מורכב פפטיד עם 5 חומצות אמינו ועליו יש קשר לקבוצת פוספט. המולקולה הזו מכילה 55 פחמנים עם 11 חזרות של יחידה של 5 פחמנים. כל הזנב הזה מאוד הידרופובי והוא עוזר לכל היחידה לעבור דרך הממברנה. נקרא bactoprenol. בחוץ היחידה ניתקת מהזנב שחוזר ותופס תת יחידות חדשות. בעזרת הרישום פטנטים שבחוץ הרישום פטנט מתחבר לתת השרשרת של הרישום פטנט. בתוך התא מחברים חומצות אמיניות ע"י ריבוזומים, בחוץ אין את זה. לכן גם המנגנון הזה שיוצר קשרים בין שרשראות חומצות האמינו מכיל מערכת של סינתזת חלבון בלי ריבוזומים- מה שקורה זה שמצד אחד של השרשרת נקשרת חומצה אמינית ל שתי חומצות אלאנין שקשורות זו לזו, תוך כדי הוצאת אלאנין אחת והתהליך מאוזן אנרגטית. זו ריאקציה פשוטה בלי ריבוזומים שבה נוצר קשר בין פפטידים ותוך כדי כך חומצה אמינית אחרת יוצאת החוצה, האנרגיה לקשר הפפטידי מסופקת מהידרוליזת הקשר של החומצה האמינית היוצאת. בסופו של דבר נוצר גשר שמכיל 9 חומצות אמינו. תהליך הקישור של הרישום פטנטים דורש רישום פטנטים אבל הם יושבים בצד החיצוני של הממברנה.

עיבוד שבבי

המיטוזה של עיבוד שבבי לא קיימת בצורה רגילה עבור אבטיפוס , החלוקה שונה- החומר התורשתי מתחלק וכל תא מקבל עותק של הכרומוזום ונוצרת מחיצה. אין את כל עניין הידחסות הדנ"א בכרומוזום, התחלקות הכרומוזומים לקטבים והתפרקות קרום הגרעין. באבי טיפוס הכל נראה פשוט יותר אבטיפוסית.

גודל אבטיפוס משתנה בין המינים אבל רובם בערך בגודל 1 מיקרון. תא טיפוסי של קולי הוא בערך 1-1.5 מיקרון. יש אבי טיפוס גדולים יותר אבל בהשוואה לתא האאוקריוטי רוב האבי טיפוס באמת קטנים. עולם הווירוסים הוא עם מבנים עוד יותר קטנים, הווירוס הגדול ביותר הוא 0.1 מיקרון בערך- כגודל האבטיפוס הקטן ביותר.

גנום של אבטיפוס כמו הקולי יש בערך 4 מיליון זוגות בסיסים וזה מספיק כדי לקודד כל מה שצריך. האבטיפוס הכי קטן מכיל כ-800 או 900 אלף זוגות בסיסים. באאוקריוטים יש עד כ-5x10⁹ זוגות בסיסים.

מבחינה מורפולוגית אין הרבה מגוון בצורת האבי טיפוס. בהסתכלות דרך אבטיפוס על מראה האבי טיפוס אין שוני גדול. הרבה כדורים (קוקי-קוקוס), מתגים וספיראלות. אלה הצורות הנפוצות בעולם האבי טיפוס כך שהמגוון יחסית מצומצם. כאשר אבטיפוס כזה מתחלק אז יש מקרים שמיד תאי הבת נפרדים כך שהוא יופיע תמיד בבודדים אבל יש גם מצבים (תלוי במין) שתאי הבת לזמן די ממושך יכולים להישאר צמודים כך שנוצרות שרשראות או גושים. למשל סטרפטוקוקים- יוצרים שרשראות כאשר תאי הבת אחרי החלוקה נשארים צמודים כך שכל תא בת ממשיך להתחלק ולהאריך את השרשרת. סטפילוקוקוס (האלים שאוכל בשר ועמיד לאנטיביוטיקה) גם נשאר צמוד אבל החלוקה לא תמיד באותו מישור כך שנוצרים גושים. הצורה של החלוקה הזאת יוצרת מעין מושבה שתאי הבת צמודים.

את המגוון המורפולוגי הכי גדול נראה דווקא בכחוליות (אצות כחוליות, ציאנו-בקטריה) שבכלל לא חשבו לשייך לעולם האבטיפוסי. הם מתפקדים בדיוק כמו עולם הצומח ועושים את אותו תהליך של האצה הירוקה- פוטוסינתזה. פיסיולוגית הקבוצה עושה מה שצמח עושה אבל מורפולוגית זה נראה ממש כמו אבטיפוס. אין את כל המבנים שאנחנו מייחסים לתא אאוקריוטי צמחי. עולם הכחוליות בעל מגוון מורפולוגי הרבה יותר גדול אבל כל תא הוא תא פרוקריוטי לכל דבר.

יש אבי טיפוס יוצאי דופן שרואים אותם. האבטיפוס הגדול ביותר בן 0.6 מילימטר Epulopiscium fischelsoni חי במעי הדגים במפרץ אילת. יש גם את Thiomar שיוצר שרשראות ארוכות בין 0.1 לחצי מילימטר. התא הבודד בגודל כעין של זבוב הדרוזופילה.

מבנה תא האבטיפוס:

אברוני התנועה לא מופיעים בכל אבטיפוס אבל אפילו אנטוני במאה ה-17 ראה שחלק מהאבי טיפוס שהוציא מהפה נעו ממקום למקום. באבטיפוס אפשר לראות את השכבות החיצוניות אבל בפנים אין הרבה מה לראות גם באבטיפוס אלקטרוני.

—     דופן התא

מתחתיה קרום- ממברנה.

המבנה הכימי של הדופן מאוד ייחודי. המולקולה שמהווה את הבסיס למבנה הדופן היא ייחודית כי איננו רואים אותה במקום אחר. התכונות שלה מיוחדות. מתייחסים אליה בשם פפטידוגליקאן או מוראין. זה מכיל רישום פטנטים וחומצות אמיניות- שניהם מיוחדים. הרישום פטנטים הם שניים- N-acetylglucoseamine גלוקוז אמין עם קבוצת אצטט. N-acetylmuramic acid מכיל חומצה לקטית. אלה הרישום פטנטים שמאפיינים את דופן התא. הם יוצרים סיבים ארוכים. מה שמחבר בין הסיבים ונותן את החוזק לדופן זה השרשראות של החומצות אמינו. הן מעניקות חוזק מכני לתא האבטיפוס. בכירסום יש 20 חומצות אמיניות סטנדרטיות המופיעות בקונפורמציות L סה"כ נראה רק 3-4 חומצות אמינו בדופן- אלאנין L ו-D חומצה גלוטמית ו- DAP(diaminopimelic acid). תמיד נראה חומצה אמינית עם שתי קבוצות אמינו- ליזין ו-DAP. הן יכולות ליצור גשר בין שרשרת שבאה מסיב אחד לשרשרת מהסיב השני. הן יכולות להיות קצרות- למשל בקולי. באבטיפוס גרם חיובי יש תוספת של שרשרת של כמה גליצינים. המבנה של פפטידוגליקאן המדויק והחיבורים בין השרשראות תמיד קיים אבל החיבור, סדר החומצות האמיניות בשרשרת וההרכב שונה מאבטיפוס לאבטיפוס ומשנות את סדר הפעולות של תהליך עיבוד שבבי מתקדם.

גרם חיובי - גרם שלילי:

הסיפור של צביעת גרם מתחיל באבי טיפוס הפשוטים שאפשרו לראות אבי טיפוס אבל לא בצורה ברורה ולכן במאה ה-17 שרצו לראות באיכות טובה פיתחו צביעות שונות. אחת מהשיטות לצביעה הייתה צביעת גרם על שם החוקר הדני כריסטופאן גרם (1884). התהליך- הנחת האבי טיפוס על זכוכית נושאת. הוספת הצבע הסגול שחודר לתאים. הוספת יוד שיוצר קומפלקס עם החומר הקודם. שוטפים בכוהל. בחלק מהאבי טיפוס הצבע ייצא והם שליליים ובחלק יישאר הצבע והם חיוביים. כלומר אלו שנשאר להם הצבע נשארים סגולים אבל אלה שירד מהם הצבע ואנו רוצים לראות אותם נוסיף צבע נוסף וייראה צבע אדום. 

לסיכום, היכנסו לאתר העיבוד השבבי למידע נוסף בנוגע לעיבוד שבבי .