معلومة

هل يوجد N-methylcocaine في الطبيعة؟

هل يوجد N-methylcocaine في الطبيعة؟



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

إن الكاتيون N-methylcocaine (في الصورة) هو نظير للكوكايين يحجب HERG داخل الخلايا ، إذا كان بطريقة ما قادراً على الوصول إلى الخلية. استعراض قلويدات التروبان في إريثروكسيلوم لا يشمله ، أو أي مشتق من N ، N-dimethyl ، ولكن قد يُعزى ذلك إلى مشكلة أن ملح الأمونيوم الرباعي ، على الرغم من أنه يمكن اعتباره من الناحية الفنية قلويدًا ، لن يتم عزله (أو إزالته من نكهة المشروبات الغازية؟ ) عن طريق الاستخراج الحمضي القاعدي. ولكن قبل أن ندع البارانويا تتفوق علينا ... هل هناك أي مؤشر على أن المركب موجود كمنتج طبيعي؟ (لا تحتاج إلى النظر إلى أبعد من ذلك إريثروكسيلوم. إجابة فقط ل E. الكوكا أو E. novogranatense سيكون موضع ترحيب.)


الطبيعة مقابل التنشئة: كيف تتشكل الشخصيات؟

صور Sarahwolfephotography / جيتي

لقد حصلت على عيونك الخضراء من والدتك والنمش من والدك - ولكن من أين حصلت على شخصيتك الباحثة عن الإثارة وموهبتك في الغناء؟ هل تعلمت هذه الأشياء من والديك أم أنها محددة مسبقًا بواسطة جيناتك؟ في حين أنه من الواضح أن الخصائص الجسدية وراثية ، فإن المياه الجينية تصبح أكثر غموضًا عندما يتعلق الأمر بسلوك الفرد وذكائه وشخصيته. في نهاية المطاف ، لم يكن للحجة القديمة حول الطبيعة مقابل التنشئة فائز واضح. في حين أننا لا نعرف حقًا مقدار شخصيتنا التي يتم تحديدها من خلال حمضنا النووي ومقدار تجربتنا الحياتية ، فنحن نعلم أن كلاهما يلعب دورًا.


إنتاج

يتم إنتاج الأجسام المضادة عن طريق نوع من خلايا الدم البيضاء يسمى الخلية البائية (الخلايا الليمفاوية البائية). تتطور الخلايا البائية من الخلايا الجذعية في نخاع العظام. عندما يتم تنشيط الخلايا البائية بسبب وجود مستضد معين ، فإنها تتطور إلى خلايا بلازما.

تخلق خلايا البلازما أجسامًا مضادة خاصة بمستضد معين. تولد خلايا البلازما الأجسام المضادة الضرورية لفرع جهاز المناعة المعروف باسم جهاز المناعة الخلطي. تعتمد المناعة الخلطية على دوران الأجسام المضادة في سوائل الجسم ومصل الدم لتحديد ومقاومة المستضدات.

عندما يتم اكتشاف مستضد غير مألوف في الجسم ، فقد يستغرق الأمر ما يصل إلى أسبوعين قبل أن تتمكن خلايا البلازما من إنتاج أجسام مضادة كافية لمواجهة المستضد المحدد. بمجرد السيطرة على العدوى ، ينخفض ​​إنتاج الأجسام المضادة وتبقى عينة صغيرة من الأجسام المضادة في الدورة الدموية. إذا ظهر هذا المستضد المحدد مرة أخرى ، فستكون استجابة الجسم المضاد أسرع وأكثر قوة.


محتويات

تم التعرف على البروتينات كفئة مميزة من الجزيئات البيولوجية في القرن الثامن عشر من قبل أنطوان فوركروي وآخرون ، والتي تتميز بقدرة الجزيئات على التخثر أو التندب تحت العلاجات بالحرارة أو الحمض. [1] تضمنت الأمثلة الملحوظة في ذلك الوقت الألبومين من بياض البيض وألبومين مصل الدم والفيبرين وغلوتين القمح.

وصف الكيميائي الهولندي جيراردوس يوهانس مولدر البروتينات لأول مرة وسماها الكيميائي السويدي يونس جاكوب برزيليوس في عام 1838. [2] [3] أجرى مولدر تحليلًا أوليًا للبروتينات الشائعة ووجد أن جميع البروتينات تقريبًا لها نفس الصيغة التجريبية ، C400ح620ن100ا120ص1س1. [4] توصل إلى نتيجة خاطئة مفادها أنها قد تتكون من نوع واحد من الجزيئات (الكبيرة جدًا). تم اقتراح مصطلح "بروتين" لوصف هذه الجزيئات بواسطة بروتين Berzelius المرتبط بمولدر مشتق من الكلمة اليونانية πρώτειος (البروتينات) ، وتعني "أساسي" ، [5] "في المقدمة" ، أو "الوقوف في المقدمة" ، [6] + -في. واصل مولدر تحديد منتجات تحلل البروتين مثل الحمض الأميني ليسين الذي وجد وزنًا جزيئيًا (صحيحًا تقريبًا) يبلغ 131 دا. [4] قبل "البروتين" ، تم استخدام أسماء أخرى ، مثل "الألبومين" أو "المواد الزلالية" (Eiweisskörper، في المانيا). [7]

يعتقد علماء التغذية الأوائل مثل الألماني كارل فون فويت أن البروتين هو أهم عنصر غذائي للحفاظ على بنية الجسم ، لأنه كان يُعتقد عمومًا أن "اللحم يصنع اللحم". [8] قام Karl Heinrich Ritthausen بتمديد أشكال البروتين المعروفة بتحديد حمض الجلوتاميك. في محطة التجارب الزراعية في ولاية كونيتيكت ، قام توماس بور أوزبورن بتجميع مراجعة مفصلة للبروتينات النباتية. من خلال العمل مع Lafayette Mendel وتطبيق قانون Liebig للحد الأدنى في تغذية فئران المختبر ، تم إنشاء الأحماض الأمينية الأساسية من الناحية التغذوية. استمر العمل ونقله ويليام كومينغ روز. جاء فهم البروتينات على أنها بولي ببتيدات من خلال عمل فرانز هوفمايستر وهيرمان إميل فيشر في عام 1902. [9] [10] لم يتم تقدير الدور المركزي للبروتينات كإنزيمات في الكائنات الحية بشكل كامل حتى عام 1926 ، عندما أظهر جيمس ب. كان إنزيم اليورياز في الواقع بروتينًا. [11]

أدت صعوبة تنقية البروتينات بكميات كبيرة إلى صعوبة دراستها على علماء الكيمياء الحيوية البروتينيين الأوائل. ومن ثم ، ركزت الدراسات المبكرة على البروتينات التي يمكن تنقيتها بكميات كبيرة ، على سبيل المثال ، الدم ، بياض البيض ، السموم المختلفة ، والإنزيمات الهضمية / الأيضية التي تم الحصول عليها من المسالخ. في الخمسينيات من القرن الماضي ، قامت شركة Armor Hot Dog بتنقية 1 كجم من ريبونوكلياز البنكرياس البقري النقي A وجعلته متاحًا مجانًا للعلماء ، ساعدت هذه الإيماءة في أن يصبح الريبونوكلياز A هدفًا رئيسيًا للدراسة الكيميائية الحيوية للعقود التالية. [4]

يعود الفضل إلى لينوس بولينج في التنبؤ الناجح للبروتينات الثانوية العادية القائمة على الترابط الهيدروجين ، وهي فكرة طرحها ويليام أستبري لأول مرة في عام 1933. [12] لاحقًا عمل والتر كوزمان حول التمسخ ، [13] [14] استنادًا جزئيًا إلى السابق ساهمت الدراسات التي أجراها Kaj Linderstrøm-Lang ، [15] في فهم طي البروتين وهيكله بوساطة التفاعلات الكارهة للماء.

أول بروتين تم ترتيب تسلسله هو الأنسولين ، بواسطة فريدريك سانجر ، في عام 1949. حدد سانجر بشكل صحيح تسلسل الأحماض الأمينية للأنسولين ، وبالتالي أظهر بشكل قاطع أن البروتينات تتكون من بوليمرات خطية من الأحماض الأمينية بدلاً من سلاسل متفرعة ، أو غرويات ، أو سيكلولات. [16] حصل على جائزة نوبل لهذا الإنجاز عام 1958. [17]

كانت أول هياكل البروتين التي تم حلها هي الهيموغلوبين والميوغلوبين ، بواسطة ماكس بيروتز والسير جون كاودري كيندرو ، على التوالي ، في عام 1958. [18] [19] اعتبارًا من عام 2017 [تحديث] ، يحتوي بنك بيانات البروتين على أكثر من 126،060 بنية ذرية من البروتينات. [20] في الآونة الأخيرة ، يعد الفحص المجهري الإلكتروني للتجمعات الجزيئية الكبيرة [21] والتنبؤ بالحاسوب لهيكل البروتين لنطاقات البروتين الصغيرة [22] طريقتين تقتربان من الدقة الذرية.

يتوافق عدد البروتينات المشفرة في الجينوم تقريبًا مع عدد الجينات (على الرغم من أنه قد يكون هناك عدد كبير من الجينات التي تقوم بتشفير RNA للبروتين ، مثل RNAs الريبوزومية). عادةً ما تقوم الفيروسات بترميز بضع مئات إلى بضع مئات من البروتينات والعتائق والبكتيريا من بضع مئات إلى بضعة آلاف ، بينما تقوم حقيقيات النوى عادةً بترميز بضعة آلاف إلى عشرات الآلاف من البروتينات (انظر حجم الجينوم للحصول على قائمة من الأمثلة).

تتكون معظم البروتينات من بوليمرات خطية مبنية من سلسلة تصل إلى 20 نوعًا مختلفًا إل-α- أحماض أمينية. تمتلك جميع الأحماض الأمينية البروتينية سمات هيكلية مشتركة ، بما في ذلك الكربون ألفا الذي ترتبط به مجموعة أمينية ومجموعة كربوكسيل وسلسلة جانبية متغيرة. يختلف البرولين فقط عن هذا الهيكل الأساسي لأنه يحتوي على حلقة غير عادية لمجموعة N-end amine ، والتي تفرض مجموعة CO-NH amide على شكل ثابت. [23] تحتوي السلاسل الجانبية للأحماض الأمينية القياسية ، المفصلة في قائمة الأحماض الأمينية القياسية ، على مجموعة كبيرة ومتنوعة من الهياكل والخصائص الكيميائية ، فهي عبارة عن التأثير المشترك لجميع السلاسل الجانبية للأحماض الأمينية في البروتين الذي يحدد في النهاية هيكل ثلاثي الأبعاد وتفاعله الكيميائي. [24] الأحماض الأمينية في سلسلة البولي ببتيد مرتبطة بروابط ببتيدية. بمجرد ربطه في سلسلة البروتين ، يسمى الحمض الأميني الفردي أ بقايا، وتعرف السلسلة المرتبطة من ذرات الكربون والنيتروجين والأكسجين باسم السلسلة الرئيسية أو العمود الفقري للبروتين. [25] : 19

تحتوي رابطة الببتيد على شكلين رنين يساهمان في بعض سمات الرابطة المزدوجة ويمنعان الدوران حول محوره ، بحيث تكون كربونات ألفا متحد المستوى تقريبًا. تحدد الزاويتان الأخريان ثنائية الأضلاع في رابطة الببتيد الشكل المحلي الذي يفترضه العمود الفقري للبروتين. [25]: 31 تُعرف النهاية بالمجموعة الأمينية الحرة باسم الطرف N أو الطرف الأميني ، في حين تُعرف نهاية البروتين الذي يحتوي على مجموعة الكربوكسيل الحرة باسم الطرف C أو الطرف الكربوكسي (تسلسل البروتين مكتوب من N-terminus إلى C-terminus ، من اليسار إلى اليمين).

الكلمات بروتين, بولي ببتيد ، و الببتيد غامضة بعض الشيء ويمكن أن تتداخل في المعنى. بروتين يستخدم بشكل عام للإشارة إلى الجزيء البيولوجي الكامل في شكل مستقر ، بينما الببتيد بشكل عام محجوز لأوليجومرات الأحماض الأمينية القصيرة التي تفتقر غالبًا إلى بنية ثلاثية الأبعاد مستقرة. لكن الحد الفاصل بين الاثنين غير محدد جيدًا وعادة ما يقع بالقرب من 20-30 وحدة بنائية. [26] بولي ببتيد يمكن أن يشير إلى أي سلسلة خطية مفردة من الأحماض الأمينية ، عادة بغض النظر عن الطول ، ولكن غالبًا ما يشير إلى عدم وجود تشكل محدد.

التفاعلات

وفرة في الخلايا

تشير التقديرات إلى أن البكتيريا متوسطة الحجم تحتوي على حوالي 2 مليون بروتين لكل خلية (على سبيل المثال بكتريا قولونية و المكورات العنقودية الذهبية). أصغر البكتيريا ، مثل الميكوبلازما أو اللولبيات تحتوي على عدد أقل من الجزيئات ، بترتيب من 50000 إلى 1 مليون. على النقيض من ذلك ، تكون الخلايا حقيقية النواة أكبر وبالتالي تحتوي على بروتين أكثر بكثير. على سبيل المثال ، تم تقدير أن خلايا الخميرة تحتوي على حوالي 50 مليون بروتين وخلايا بشرية في حدود 1 إلى 3 مليارات. [30] يتراوح تركيز نسخ البروتين الفردية من بضع جزيئات لكل خلية حتى 20 مليونًا. [31] لا يتم التعبير عن كل البروتينات المكوِّدة للجينات في معظم الخلايا ويعتمد عددها ، على سبيل المثال ، على نوع الخلية والمنبهات الخارجية. على سبيل المثال ، من بين 20000 أو نحو ذلك من البروتينات المشفرة بواسطة الجينوم البشري ، تم اكتشاف 6000 فقط في الخلايا الليمفاوية. [32]

التخليق الحيوي

يتم تجميع البروتينات من الأحماض الأمينية باستخدام المعلومات المشفرة في الجينات. كل بروتين له تسلسل الأحماض الأمينية الفريد الخاص به والذي يتم تحديده بواسطة تسلسل النوكليوتيدات للجين الذي يشفر هذا البروتين. الكود الجيني عبارة عن مجموعة من ثلاث مجموعات من النوكليوتيدات تسمى الكودونات وكل مجموعة مكونة من ثلاثة نيوكليوتيدات تعيّن حمضًا أمينيًا ، على سبيل المثال AUG (الأدينين - اليوراسيل - الجوانين) هو رمز الميثيونين. نظرًا لأن الحمض النووي يحتوي على أربعة نيوكليوتيدات ، فإن العدد الإجمالي للكودونات الممكنة هو 64 وبالتالي ، هناك بعض التكرار في الشفرة الوراثية ، مع تحديد بعض الأحماض الأمينية بأكثر من كودون واحد. [29]: 1002-42 الجينات المشفرة في DNA يتم نسخها أولاً إلى RNA قبل الرسول (mRNA) بواسطة بروتينات مثل RNA polymerase. ثم تقوم معظم الكائنات الحية بمعالجة pre-mRNA (المعروف أيضًا باسم a نسخة الابتدائية) باستخدام أشكال مختلفة من التعديل اللاحق للنسخ لتشكيل mRNA الناضج ، والذي يستخدم بعد ذلك كقالب لتخليق البروتين بواسطة الريبوسوم. في بدائيات النوى ، يمكن استخدام الرنا المرسال بمجرد إنتاجه ، أو ربطه بالريبوسوم بعد الابتعاد عن النواة. على النقيض من ذلك ، فإن حقيقيات النوى تصنع mRNA في نواة الخلية ثم تنقلها عبر الغشاء النووي إلى السيتوبلازم ، حيث يحدث تخليق البروتين. معدل تخليق البروتين أعلى في بدائيات النوى من حقيقيات النوى ويمكن أن يصل إلى 20 من الأحماض الأمينية في الثانية. [33]

تُعرف عملية تصنيع البروتين من قالب mRNA باسم الترجمة. يتم تحميل mRNA على الريبوسوم ويتم قراءة ثلاثة نيوكليوتيدات في وقت واحد عن طريق مطابقة كل كودون مع مضاد الكودون الأساسي الموجود على جزيء نقل الحمض النووي الريبي ، والذي يحمل الحمض الأميني المقابل للكودون الذي يتعرف عليه. إنزيم إنزيم aminoacyl tRNA synthetase "يشحن" جزيئات tRNA بالأحماض الأمينية الصحيحة. غالبًا ما يُطلق على عديد الببتيد المتنامي اسم سلسلة وليدة. يتم تصنيع البروتينات دائمًا حيوياً من N-terminus إلى C.-terminus. [29]: 1002-42

يمكن قياس حجم البروتين المُصنَّع بعدد الأحماض الأمينية التي يحتوي عليها وبكتلته الجزيئية الإجمالية ، والتي يتم الإبلاغ عنها عادةً بوحدات من دالتونس (مرادف لوحدات الكتلة الذرية) ، أو الوحدة المشتقة kilodalton (kDa). يزداد متوسط ​​حجم البروتين من العتائق إلى البكتيريا إلى حقيقيات النوى (283 ، 311 ، 438 من البقايا و 31 ، 34 ، 49 كيلو دالتون على التوالي) بسبب وجود عدد أكبر من مجالات البروتين التي تشكل البروتينات في الكائنات الحية الأعلى. [34] على سبيل المثال ، تتكون بروتينات الخميرة في المتوسط ​​من 466 من الأحماض الأمينية و 53 كيلو دالتون في الكتلة. [26] أكبر البروتينات المعروفة هي titins ، وهي مكون من قسيم عضلي عضلي ، بكتلة جزيئية تقارب 3000 كيلو دالتون وبطول إجمالي يبلغ حوالي 27000 من الأحماض الأمينية. [35]

التوليف الكيميائي

يمكن أيضًا تصنيع البروتينات القصيرة كيميائيًا من خلال مجموعة من الطرق المعروفة باسم تخليق الببتيد ، والتي تعتمد على تقنيات التخليق العضوي مثل الربط الكيميائي لإنتاج الببتيدات ذات الإنتاجية العالية. [36] يسمح التركيب الكيميائي بإدخال الأحماض الأمينية غير الطبيعية في سلاسل متعددة الببتيد ، مثل ربط مجسات الفلورسنت بسلاسل جانبية من الأحماض الأمينية. [37] هذه الطرق مفيدة في الكيمياء الحيوية المختبرية وبيولوجيا الخلية ، على الرغم من أنها ليست بشكل عام للتطبيقات التجارية. التخليق الكيميائي غير فعال للببتيدات الأطول من حوالي 300 من الأحماض الأمينية ، والبروتينات المصنعة قد لا تفترض بسهولة هيكلها الثلاثي الأصلي. تنتقل معظم طرق التخليق الكيميائي من C-terminus إلى N-terminus ، عكس التفاعل البيولوجي. [38]

تنقسم معظم البروتينات إلى هياكل ثلاثية الأبعاد فريدة. يُعرف الشكل الذي ينثني إليه البروتين بشكل طبيعي بتشكيله الأصلي. [25]: 36 على الرغم من أن العديد من البروتينات يمكن أن تطوى دون مساعدة ، وذلك ببساطة من خلال الخصائص الكيميائية لأحماضها الأمينية ، يحتاج البعض الآخر إلى مساعدة المرافقات الجزيئية للانطواء في حالتها الأصلية. [25]: 37 غالبًا ما يشير علماء الكيمياء الحيوية إلى أربعة جوانب مميزة لبنية البروتين: [25]: 30–34

  • الهيكل الأساسي: تسلسل الأحماض الأمينية. البروتين هو مادة البولي أميد.
  • الهيكل الثانوي: يتكرر بانتظام الهياكل المحلية التي استقرت بواسطة روابط هيدروجينية. الأمثلة الأكثر شيوعًا هي α-helix و-sheet والانعطافات. نظرًا لأن الهياكل الثانوية محلية ، يمكن أن توجد العديد من المناطق ذات البنية الثانوية المختلفة في نفس جزيء البروتين.
  • الهيكل الثالث: الشكل العام لجزيء بروتين واحد العلاقة المكانية للبنى الثانوية بعضها ببعض. يتم تثبيت البنية الثلاثية بشكل عام من خلال التفاعلات غير المحلية ، وغالبًا ما تكون تكوين نواة كارهة للماء ، ولكن أيضًا من خلال جسور الملح ، والروابط الهيدروجينية ، وسندات ثاني كبريتيد ، وحتى التعديلات اللاحقة للترجمة. غالبًا ما يستخدم مصطلح "البنية الثلاثية" كمرادف للمصطلح يطوى. البنية الثلاثية هي التي تتحكم في الوظيفة الأساسية للبروتين.
  • هيكل رباعي: التركيب الذي يتكون من عدة جزيئات بروتينية (سلاسل متعددة الببتيد) ، تسمى عادة وحدات البروتين الفرعية في هذا السياق ، والتي تعمل كمركب بروتين واحد.
  • هيكل خماسي: بصمات سطح البروتين التي تنظم الجزء الداخلي الخلوي المزدحم. تعتمد البنية الخماسية على التفاعلات الجزيئية العابرة ، ولكنها أساسية ، التي تحدث داخل الخلايا الحية.

البروتينات ليست جزيئات جامدة تمامًا. بالإضافة إلى هذه المستويات من البنية ، قد تنتقل البروتينات بين العديد من الهياكل ذات الصلة أثناء قيامها بوظائفها. في سياق إعادة الترتيب الوظيفي هذه ، عادةً ما يشار إلى هذه الهياكل من الدرجة الثالثة أو الرباعية باسم "المطابقات" ، وتسمى التحولات بينها التغييرات التوافقية. غالبًا ما تحدث هذه التغييرات عن طريق ارتباط جزيء الركيزة بالموقع النشط للإنزيم ، أو المنطقة الفيزيائية للبروتين الذي يشارك في التحفيز الكيميائي. في بروتينات المحلول تخضع أيضًا للاختلاف في الهيكل من خلال الاهتزاز الحراري والاصطدام مع الجزيئات الأخرى. [29]: 368 - 75

يمكن تقسيم البروتينات بشكل غير رسمي إلى ثلاث فئات رئيسية ترتبط بالبنى الثلاثية النموذجية: البروتينات الكروية والبروتينات الليفية والبروتينات الغشائية. تقريبًا جميع البروتينات الكروية قابلة للذوبان والعديد منها عبارة عن إنزيمات. غالبًا ما تكون البروتينات الليفية هيكلية ، مثل الكولاجين ، المكون الرئيسي للنسيج الضام ، أو الكيراتين ، وهو مكون البروتين في الشعر والأظافر. غالبًا ما تعمل بروتينات الغشاء كمستقبلات أو توفر قنوات للجزيئات القطبية أو المشحونة للمرور عبر غشاء الخلية. [29]: 165-85

هناك حالة خاصة من الروابط الهيدروجينية داخل الجزيئية داخل البروتينات ، والتي تكون محمية بشكل سيئ من هجوم الماء وبالتالي تعزيز الجفاف ، تسمى الديهدرونات. [39]

مجالات البروتين

تتكون العديد من البروتينات من عدة مجالات بروتينية ، أي أجزاء من البروتين يتم طيها إلى وحدات هيكلية متميزة. عادةً ما يكون للمجالات أيضًا وظائف محددة ، مثل الأنشطة الأنزيمية (مثل كيناز) أو تعمل كوحدات ربط (على سبيل المثال ، يرتبط مجال SH3 بالتسلسلات الغنية بالبرولين في البروتينات الأخرى).

عزر التسلسل

غالبًا ما تعمل سلاسل الأحماض الأمينية القصيرة داخل البروتينات كمواقع للتعرف على البروتينات الأخرى. [40] على سبيل المثال ، ترتبط نطاقات SH3 عادةً بزخارف PxxP القصيرة (أي 2 برولينات [P] ، مفصولة بحمضين أمنيين غير محددين [x] ، على الرغم من أن الأحماض الأمينية المحيطة قد تحدد خصوصية الربط الدقيقة). تم جمع العديد من هذه الأشكال في قاعدة بيانات النمط الخطي حقيقيات النوى (ELM).

البروتينات هي الجهات الفاعلة الرئيسية داخل الخلية ، ويقال أنها تقوم بالواجبات المحددة بواسطة المعلومات المشفرة في الجينات. [26] باستثناء أنواع معينة من الحمض النووي الريبي ، فإن معظم الجزيئات البيولوجية الأخرى هي عناصر خاملة نسبيًا تعمل عليها البروتينات. البروتينات تشكل نصف الوزن الجاف من الإشريكية القولونية خلية ، بينما تشكل الجزيئات الكبيرة الأخرى مثل DNA و RNA 3٪ و 20٪ فقط على التوالي. [41] تُعرف مجموعة البروتينات المعبر عنها في خلية أو نوع خلية معين بالبروتيوم الخاص بها.

السمة الرئيسية للبروتينات التي تسمح أيضًا بمجموعة وظائفها المتنوعة هي قدرتها على ربط الجزيئات الأخرى بشكل محدد ومحكم. تُعرف منطقة البروتين المسؤولة عن الارتباط بجزيء آخر بموقع الارتباط وغالبًا ما تكون عبارة عن انخفاض أو "جيب" على السطح الجزيئي. يتم التوسط في قدرة الارتباط هذه من خلال البنية الثلاثية للبروتين ، والتي تحدد جيب موقع الارتباط ، والخصائص الكيميائية للسلاسل الجانبية للأحماض الأمينية المحيطة. يمكن أن يكون الارتباط بالبروتين محكمًا ومحددًا بشكل غير عادي ، على سبيل المثال ، يرتبط بروتين مثبط الريبونوكلياز بأنجيوجينين الإنسان مع ثابت تفكك شبه فيمتومولار (& lt10 15 M) ولكنه لا يرتبط على الإطلاق بمثيلاته البرمائية المتجانسة (& gt1 M).يمكن أن تكون التغييرات الكيميائية البسيطة للغاية مثل إضافة مجموعة ميثيل واحدة إلى شريك ربط كافية في بعض الأحيان لإزالة الارتباط تقريبًا على سبيل المثال ، يميز مركب aminoacyl tRNA synthetase الخاص بالحمض الأميني valine ضد السلسلة الجانبية المتشابهة جدًا من الأحماض الأمينية isoleucine. [42]

يمكن أن ترتبط البروتينات ببروتينات أخرى بالإضافة إلى ركائز الجزيئات الصغيرة. عندما ترتبط البروتينات على وجه التحديد بنسخ أخرى من نفس الجزيء ، فإنها يمكن أن تتكاثر لتشكيل ألياف. تحدث هذه العملية غالبًا في البروتينات الهيكلية التي تتكون من مونومرات كروية ترتبط ذاتيًا لتكوين ألياف صلبة. تعمل تفاعلات البروتين والبروتين أيضًا على تنظيم النشاط الإنزيمي ، والتحكم في التقدم خلال دورة الخلية ، وتسمح بتجميع مجمعات البروتين الكبيرة التي تنفذ العديد من التفاعلات وثيقة الصلة بوظيفة بيولوجية مشتركة. يمكن أن ترتبط البروتينات أيضًا بأغشية الخلايا أو حتى تتكامل معها. تسمح قدرة شركاء الربط على إحداث تغييرات توافقية في البروتينات ببناء شبكات إشارات معقدة للغاية. [29]: 830-49 نظرًا لأن التفاعلات بين البروتينات قابلة للانعكاس ، وتعتمد بشكل كبير على توفر مجموعات مختلفة من البروتينات الشريكة لتكوين مجاميع قادرة على تنفيذ مجموعات منفصلة من الوظائف ، فإن دراسة التفاعلات بين بروتينات معينة هي المفتاح لفهم الجوانب المهمة للوظيفة الخلوية ، وفي النهاية الخصائص التي تميز أنواع خلايا معينة. [43] [44]

الانزيمات

أشهر دور للبروتينات في الخلية هو دور الإنزيمات التي تحفز التفاعلات الكيميائية. عادة ما تكون الإنزيمات شديدة التحديد وتسريع تفاعلات كيميائية واحدة أو بضع تفاعلات. تقوم الإنزيمات بتنفيذ معظم التفاعلات التي تدخل في عملية التمثيل الغذائي ، بالإضافة إلى معالجة الحمض النووي في عمليات مثل تكرار الحمض النووي وإصلاح الحمض النووي والنسخ. تعمل بعض الإنزيمات على بروتينات أخرى لإضافة أو إزالة مجموعات كيميائية في عملية تعرف باسم تعديل ما بعد الترجمة. من المعروف أن حوالي 4000 تفاعل يتم تحفيزها بواسطة الإنزيمات. [45] تسارع المعدل الذي يمنحه التحفيز الإنزيمي غالبًا ما يكون هائلاً - بقدر 10 17 ضعفًا في المعدل على التفاعل غير المحفز في حالة orotate decarboxylase (78 مليون سنة بدون الإنزيم ، 18 مللي ثانية مع الإنزيم). [46]

تسمى الجزيئات المرتبطة بالأنزيمات والتي تعمل على أساسها الركائز. على الرغم من أن الإنزيمات يمكن أن تتكون من مئات الأحماض الأمينية ، فإنها عادة ما تكون جزءًا صغيرًا فقط من البقايا التي تتلامس مع الركيزة ، وجزء أصغر - من ثلاثة إلى أربعة بقايا في المتوسط ​​- تشارك بشكل مباشر في التحفيز. [47] تُعرف منطقة الإنزيم التي تربط الركيزة وتحتوي على المخلفات التحفيزية بالموقع النشط.

البروتينات المنشطة هي أعضاء في فئة البروتينات التي تملي الكيمياء الفراغية لمركب يتم تصنيعه بواسطة إنزيمات أخرى. [48]

إشارات الخلية وربط الترابط

تشارك العديد من البروتينات في عملية إرسال الإشارات الخلوية ونقل الإشارة. بعض البروتينات ، مثل الأنسولين ، هي بروتينات خارج الخلية تنقل إشارة من الخلية التي تم تصنيعها فيها إلى خلايا أخرى في الأنسجة البعيدة. والبعض الآخر عبارة عن بروتينات غشائية تعمل كمستقبلات وظيفتها الرئيسية ربط جزيء الإشارة وتحفيز استجابة كيميائية حيوية في الخلية. تحتوي العديد من المستقبلات على موقع ارتباط مكشوف على سطح الخلية ومجال المستجيب داخل الخلية ، والذي قد يكون له نشاط إنزيمي أو قد يخضع لتغيير توافقي تم اكتشافه بواسطة بروتينات أخرى داخل الخلية. [28]: 251-81

الأجسام المضادة هي مكونات بروتينية لجهاز المناعة التكيفي وظيفته الرئيسية هي ربط المستضدات ، أو المواد الغريبة في الجسم ، واستهدافها للتدمير. يمكن إفراز الأجسام المضادة في البيئة خارج الخلية أو تثبيتها في أغشية الخلايا البائية المتخصصة المعروفة باسم خلايا البلازما. في حين أن الإنزيمات محدودة في ألفة ارتباطها بركائزها من خلال ضرورة إجراء تفاعلها ، فإن الأجسام المضادة ليس لها مثل هذه القيود. تقارب ارتباط الجسم المضاد بهدفه مرتفع بشكل غير عادي. [29]: 275-50

ترتبط العديد من بروتينات نقل الترابط بجزيئات حيوية صغيرة معينة وتنقلها إلى مواقع أخرى في جسم كائن متعدد الخلايا. يجب أن يكون لهذه البروتينات ألفة ارتباط عالية عندما يكون ترابطها موجودًا بتركيزات عالية ، ولكن يجب أيضًا أن يطلق الليجند عندما يكون موجودًا بتركيزات منخفضة في الأنسجة المستهدفة. يعتبر الهيموجلوبين هو المثال الأساسي للبروتين المرتبط بالربيطة ، والذي ينقل الأكسجين من الرئتين إلى الأعضاء والأنسجة الأخرى في جميع الفقاريات وله متماثلات قريبة في كل مملكة بيولوجية. [29]: 222-29 Lectins هي بروتينات مرتبطة بالسكر وهي عالية التحديد لشرائح السكر الخاصة بها. عادةً ما تلعب الليكتينات دورًا في ظواهر التعرف البيولوجي التي تشمل الخلايا والبروتينات. [49] المستقبلات والهرمونات عبارة عن بروتينات ملزمة عالية التحديد.

يمكن أن تعمل البروتينات عبر الغشاء أيضًا كبروتينات نقل الترابط التي تغير نفاذية غشاء الخلية إلى الجزيئات والأيونات الصغيرة. يحتوي الغشاء وحده على نواة كارهة للماء لا يمكن للجزيئات القطبية أو المشحونة أن تنتشر من خلالها. تحتوي بروتينات الغشاء على قنوات داخلية تسمح لهذه الجزيئات بالدخول والخروج من الخلية. العديد من بروتينات القنوات الأيونية متخصصة في اختيار أيون معين فقط على سبيل المثال ، غالبًا ما تميز قنوات البوتاسيوم والصوديوم لواحد فقط من الأيونات. [28]: 232–34

البروتينات الهيكلية

تمنح البروتينات الهيكلية الصلابة والصلابة للمكونات البيولوجية السائلة. معظم البروتينات الهيكلية عبارة عن بروتينات ليفية على سبيل المثال ، يعتبر الكولاجين والإيلاستين من المكونات الأساسية للنسيج الضام مثل الغضروف ، ويوجد الكيراتين في الهياكل الصلبة أو الخيطية مثل الشعر والأظافر والريش والحوافر وبعض أصداف الحيوانات. [29]: 178-81 يمكن لبعض البروتينات الكروية أيضًا أن تلعب وظائف هيكلية ، على سبيل المثال ، الأكتين والتوبيولين كرويان وقابلان للذوبان كمونومرات ، ولكنها تتبلمر لتشكيل ألياف طويلة وصلبة تشكل الهيكل الخلوي ، مما يسمح للخلية بالحفاظ الشكل والحجم.

البروتينات الأخرى التي تؤدي وظائف هيكلية هي البروتينات الحركية مثل الميوسين ، والكينيسين ، والداينين ​​، القادرة على توليد قوى ميكانيكية. هذه البروتينات ضرورية للحركة الخلوية للكائنات وحيدة الخلية وللحيوانات المنوية للعديد من الكائنات متعددة الخلايا التي تتكاثر جنسيا. كما أنها تولد القوى التي تمارس من خلال انقباض العضلات [29]: 258-64 ، 272 وتلعب أدوارًا أساسية في النقل داخل الخلايا.

السؤال الرئيسي في علم الأحياء الجزيئي هو كيف تتطور البروتينات ، أي كيف يمكن للطفرات (أو بالأحرى التغييرات في تسلسل الأحماض الأمينية) أن تؤدي إلى بنى ووظائف جديدة؟ يمكن تغيير معظم الأحماض الأمينية في البروتين دون تعطيل النشاط أو الوظيفة ، كما يتضح من العديد من البروتينات المتماثلة عبر الأنواع (كما تم جمعها في قواعد البيانات المتخصصة لعائلات البروتين ، على سبيل المثال PFAM). [50] من أجل منع العواقب الدراماتيكية للطفرات ، يمكن تكرار الجين قبل أن يتحور بحرية. ومع ذلك ، يمكن أن يؤدي هذا أيضًا إلى فقدان كامل لوظيفة الجينات وبالتالي الجينات الزائفة. [51] والأكثر شيوعًا ، أن تغيرات الأحماض الأمينية المنفردة لها عواقب محدودة على الرغم من أن بعضها يمكن أن يغير وظيفة البروتين بشكل كبير ، خاصة في الإنزيمات. على سبيل المثال ، يمكن للعديد من الإنزيمات تغيير خصوصية ركائزها من خلال طفرة واحدة أو بضع طفرات. [52] يتم تسهيل التغييرات في خصوصية الركيزة بواسطة الاختلاط الركيزة، أي قدرة العديد من الإنزيمات على ربط ومعالجة ركائز متعددة. عندما تحدث الطفرات ، يمكن أن تزيد خصوصية الإنزيم (أو تنقص) وبالتالي نشاطه الأنزيمي. [52] وبالتالي ، يمكن للبكتيريا (أو الكائنات الحية الأخرى) التكيف مع مصادر الطعام المختلفة ، بما في ذلك الركائز غير الطبيعية مثل البلاستيك. [53]

يمكن فحص أنشطة وهياكل البروتينات في المختبر، في الجسم الحي وفي السيليكو. في المختبر تُعد دراسات البروتينات المنقاة في البيئات الخاضعة للرقابة مفيدة لتعلم كيفية قيام البروتين بوظيفته: على سبيل المثال ، تستكشف دراسات حركية الإنزيم الآلية الكيميائية للنشاط التحفيزي للإنزيم وتقاربه النسبي لمختلف جزيئات الركيزة الممكنة. على نقيض ذلك، في الجسم الحي يمكن أن توفر التجارب معلومات حول الدور الفسيولوجي للبروتين في سياق الخلية أو حتى كائن حي كامل. في السيليكو تستخدم الدراسات طرقًا حسابية لدراسة البروتينات.

تنقية البروتين

كي يؤدي في المختبر في التحليل ، يجب تنقية البروتين بعيدًا عن المكونات الخلوية الأخرى. تبدأ هذه العملية عادةً بتحلل الخلية ، حيث يتم تعطيل غشاء الخلية وإطلاق محتوياتها الداخلية في محلول يُعرف باسم محلول خام. يمكن تنقية الخليط الناتج باستخدام تنبيذ فائق ، والذي يقسم المكونات الخلوية المختلفة إلى أجزاء تحتوي على دهون غشاء بروتينات قابلة للذوبان وبروتينات عضيات خلوية وأحماض نووية. يمكن أن يؤدي الترسيب بطريقة تُعرف باسم التمليح إلى تركيز البروتينات من هذا المحلّل. ثم يتم استخدام أنواع مختلفة من الكروماتوغرافيا لعزل البروتين أو البروتينات ذات الأهمية بناءً على خصائص مثل الوزن الجزيئي والشحنة الصافية وتقارب الارتباط. [25]: 21-24 يمكن مراقبة مستوى التنقية باستخدام أنواع مختلفة من الرحلان الكهربائي للهلام إذا كان الوزن الجزيئي للبروتين المطلوب ونقطة تساوي الكهرباء معروفة ، عن طريق التحليل الطيفي إذا كان للبروتين ميزات طيفية مميزة ، أو عن طريق مقايسات الإنزيم إذا كان البروتين يحتوي على النشاط الأنزيمي. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن عزل البروتينات وفقًا لشحنتها باستخدام التركيز الكهربائي. [54]

بالنسبة للبروتينات الطبيعية ، قد تكون سلسلة من خطوات التنقية ضرورية للحصول على بروتين نقي بدرجة كافية للتطبيقات المعملية. لتبسيط هذه العملية ، غالبًا ما تُستخدم الهندسة الوراثية لإضافة سمات كيميائية للبروتينات تجعل تنقيتها أسهل دون التأثير على بنيتها أو نشاطها. هنا ، "علامة" تتكون من تسلسل حمض أميني محدد ، غالبًا سلسلة من بقايا الهيستيدين ("علامة صاحب") ، متصلة بنهاية واحدة من البروتين. نتيجة لذلك ، عندما يتم تمرير المحللة فوق عمود كروماتوجرافي يحتوي على النيكل ، فإن بقايا الهيستدين تربط النيكل وتلتصق بالعمود بينما تمر المكونات غير المميزة للمحلل دون عوائق. تم تطوير عدد من العلامات المختلفة لمساعدة الباحثين على تنقية بروتينات معينة من الخلائط المعقدة. [55]

التوطين الخلوي

دراسة البروتينات في الجسم الحي غالبًا ما يهتم بتخليق وتوطين البروتين داخل الخلية. على الرغم من أن العديد من البروتينات داخل الخلايا يتم تصنيعها في السيتوبلازم والبروتينات المرتبطة بالغشاء أو المفرزة في الشبكة الإندوبلازمية ، فإن تفاصيل كيفية استهداف البروتينات لعضيات معينة أو هياكل خلوية غالبًا ما تكون غير واضحة. تستخدم تقنية مفيدة لتقييم التوطين الخلوي الهندسة الوراثية للتعبير في الخلية عن بروتين اندماج أو كيميرا يتكون من البروتين الطبيعي ذي الأهمية المرتبط بـ "المراسل" مثل البروتين الفلوري الأخضر (GFP). [56] يمكن تصور موضع البروتين المندمج داخل الخلية بطريقة نظيفة وفعالة باستخدام الفحص المجهري ، [57] كما هو موضح في الشكل المقابل.

تتطلب الطرق الأخرى لتوضيح الموقع الخلوي للبروتينات استخدام علامات جزئية معروفة لمناطق مثل ER ، و Golgi ، و lysosomes أو فجوات ، والميتوكوندريا ، والبلاستيدات الخضراء ، وغشاء البلازما ، وما إلى ذلك باستخدام الإصدارات ذات العلامات الفلورية من هذه العلامات أو من الأجسام المضادة للواسمات المعروفة ، يصبح من الأسهل بكثير تحديد توطين البروتين محل الاهتمام. على سبيل المثال ، سوف يسمح التألق المناعي غير المباشر بالتلوين الفلوري وإظهار الموقع. تستخدم الأصباغ الفلورية لتسمية الأجزاء الخلوية لغرض مماثل. [58]

هناك احتمالات أخرى كذلك. على سبيل المثال ، عادةً ما تستخدم الكيمياء الهيستولوجية المناعية جسمًا مضادًا لبروتين واحد أو أكثر من البروتينات المهمة المرتبطة بالإنزيمات التي تنتج إشارات إنارة أو كروموجينية يمكن مقارنتها بين العينات ، مما يسمح بمعلومات التوطين. تقنية أخرى قابلة للتطبيق هي التجزيء المشترك في تدرجات السكروز (أو مواد أخرى) باستخدام الطرد المركزي isopycnic. [59] على الرغم من أن هذه التقنية لا تثبت تحديد موقع كولونيزيون لمقصورة ذات كثافة معروفة والبروتين محل الاهتمام ، إلا أنها تزيد من احتمالية حدوث ذلك ، وهي أكثر قابلية للدراسات واسعة النطاق.

أخيرًا ، الطريقة القياسية الذهبية للتوطين الخلوي هي الفحص المجهري المناعي. تستخدم هذه التقنية أيضًا جسمًا مضادًا للبروتين محل الاهتمام ، جنبًا إلى جنب مع تقنيات الفحص المجهري الإلكتروني التقليدية. يتم تحضير العينة للفحص المجهري الإلكتروني العادي ، ثم يتم معالجتها بجسم مضاد للبروتين ذي الأهمية المترافق مع مادة شديدة الكثافة الكهربية ، وعادة ما تكون ذهبية. هذا يسمح بتحديد موقع كل من تفاصيل البنية التحتية بالإضافة إلى البروتين المطلوب. [60]

من خلال تطبيق هندسة جينية آخر يُعرف باسم الطفرات الموجهة بالموقع ، يمكن للباحثين تغيير تسلسل البروتين ومن ثم هيكله وتوطينه الخلوي وقابليته للتنظيم. تسمح هذه التقنية حتى بدمج الأحماض الأمينية غير الطبيعية في البروتينات ، باستخدام الحمض الريبي النووي النقال المعدل ، [61] وقد تسمح بالتصميم العقلاني لبروتينات جديدة بخصائص جديدة. [62]

البروتيوميات

يُعرف التكميل الكلي للبروتينات الموجودة في وقت ما في خلية أو نوع خلية بالبروتيوم الخاص بها ، وتحدد دراسة مجموعات البيانات الكبيرة هذه مجال البروتينات ، المسمى بالقياس إلى مجال علم الجينوم ذي الصلة. تشتمل التقنيات التجريبية الرئيسية في علم البروتينات على الرحلان الكهربائي ثنائي الأبعاد ، [63] والذي يسمح بفصل العديد من البروتينات ، وقياس الطيف الكتلي ، [64] والذي يسمح بالتعرف السريع عالي الإنتاجية للبروتينات وتسلسل الببتيدات (غالبًا بعد الهضم داخل الهلام) ، والبروتين المصفوفات الدقيقة ، التي تسمح باكتشاف المستويات النسبية للبروتينات المختلفة الموجودة في الخلية ، والفحص ثنائي الهجين ، والذي يسمح بالاستكشاف المنتظم لتفاعلات البروتين والبروتين. [65] يُعرف التكملة الكلية للتفاعلات المحتملة بيولوجيًا باسم التفاعل. [66] تُعرف المحاولة المنهجية لتحديد تراكيب البروتينات التي تمثل كل طية ممكنة باسم الجينوم البنيوي. [67]

تحديد الهيكل

يمكن أن يوفر اكتشاف البنية الثلاثية للبروتين ، أو الهيكل الرباعي لمجمعاته ، أدلة مهمة حول كيفية أداء البروتين لوظيفته وكيف يمكن أن يتأثر ، أي في تصميم الدواء. نظرًا لأن البروتينات صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها تحت المجهر الضوئي ، يجب استخدام طرق أخرى لتحديد بنيتها. تشمل الطرق التجريبية الشائعة علم البلورات بالأشعة السينية والتحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي ، وكلاهما يمكن أن ينتج معلومات هيكلية بدقة الذرات. ومع ذلك ، فإن تجارب الرنين المغناطيسي النووي قادرة على توفير المعلومات التي يمكن من خلالها تقدير مجموعة فرعية من المسافات بين أزواج الذرات ، ويتم تحديد المطابقات النهائية الممكنة للبروتين عن طريق حل مشكلة هندسة المسافة. قياس التداخل ثنائي الاستقطاب هو طريقة تحليلية كمية لقياس التشكل الكلي للبروتين والتغيرات المطابقة بسبب التفاعلات أو المحفزات الأخرى. إن ازدواج اللون الدائري هو تقنية معملية أخرى لتحديد التركيب الداخلي للصفائح / α- حلزوني للبروتينات. يستخدم المجهر الإلكتروني المبرد لإنتاج معلومات هيكلية منخفضة الدقة حول مجمعات البروتين الكبيرة جدًا ، بما في ذلك الفيروسات المجمعة [28]: 340-41 يمكن أيضًا أن ينتج متغير يعرف باسم علم البلورات الإلكتروني معلومات عالية الدقة في بعض الحالات ، خاصة بالنسبة للبلورات ثنائية الأبعاد من بروتينات الغشاء. [68] عادةً ما يتم ترسيب الهياكل التي تم حلها في بنك بيانات البروتين (PDB) ، وهو مورد متاح مجانًا يمكن من خلاله الحصول على بيانات هيكلية حول آلاف البروتينات في شكل إحداثيات ديكارتية لكل ذرة في البروتين. [69]

تُعرف العديد من سلاسل الجينات أكثر من تراكيب البروتين. علاوة على ذلك ، فإن مجموعة الهياكل التي تم حلها منحازة نحو البروتينات التي يمكن أن تخضع بسهولة للشروط المطلوبة في علم البلورات بالأشعة السينية ، وهي إحدى طرق تحديد البنية الرئيسية. على وجه الخصوص ، من السهل نسبيًا بلورة البروتينات الكروية استعدادًا لتصوير البلورات بالأشعة السينية. على النقيض من ذلك ، يصعب تبلور بروتينات الغشاء والمجمعات البروتينية الكبيرة وهي غير ممثلة تمثيلاً ناقصًا في PDB. [70] حاولت مبادرات علم الجينوم الإنشائي معالجة أوجه القصور هذه من خلال حل الهياكل التمثيلية لفئات الطيات الرئيسية بشكل منهجي. تحاول طرق التنبؤ ببنية البروتين توفير وسيلة لتوليد بنية معقولة للبروتينات التي لم يتم تحديد هياكلها بشكل تجريبي. [71]

توقع الهيكل

مكمل لمجال الجينوميات الإنشائية ، تنبؤ بنية البروتين يطور نماذج رياضية فعالة للبروتينات للتنبؤ حسابيًا بالتكوينات الجزيئية نظريًا ، بدلاً من اكتشاف الهياكل مع الملاحظة المختبرية. [72] أكثر أنواع التنبؤ بالبنية نجاحًا ، والمعروف باسم نمذجة التماثل ، يعتمد على وجود بنية "نموذجية" مع تشابه تسلسلي للبروتين الذي يتم تصميمه على نموذج الجينوميات الهيكلية ، وهدف علم الجينوم الهيكلي هو توفير تمثيل كافٍ في الهياكل التي تم حلها لنمذجة معظم تلك التي بقيت. [73] على الرغم من أن إنتاج نماذج دقيقة لا يزال يمثل تحديًا عندما تتوفر فقط هياكل القوالب ذات الصلة البعيدة ، فقد تم اقتراح أن محاذاة التسلسل هي عنق الزجاجة في هذه العملية ، حيث يمكن إنتاج نماذج دقيقة تمامًا إذا تم معرفة محاذاة التسلسل "المثالية". [74] عملت العديد من طرق التنبؤ بالبنية على إعلام المجال الناشئ لهندسة البروتين ، حيث تم بالفعل تصميم طيات بروتينية جديدة. [75] أيضا البروتينات (في حقيقيات النوى

33 ٪) تحتوي على أجزاء كبيرة غير منظمة ولكنها تعمل بيولوجيًا ويمكن تصنيفها على أنها بروتينات مضطربة جوهريًا. [76] لذلك فإن توقع وتحليل اضطراب البروتين هو جزء مهم من توصيف بنية البروتين. [77]

المعلوماتية الحيوية

تم تطوير مجموعة واسعة من الأساليب الحسابية لتحليل بنية البروتينات ووظيفتها وتطورها. كان الدافع وراء تطوير هذه الأدوات هو الكم الهائل من البيانات الجينومية والبروتينية المتاحة لمجموعة متنوعة من الكائنات الحية ، بما في ذلك الجينوم البشري. من المستحيل ببساطة دراسة جميع البروتينات بشكل تجريبي ، وبالتالي فإن القليل منها فقط يخضع للتجارب المعملية بينما يتم استخدام الأدوات الحسابية لاستقراء البروتينات المماثلة. يمكن تحديد هذه البروتينات المتماثلة بكفاءة في الكائنات الحية ذات الصلة البعيدة عن طريق المحاذاة التسلسلية. يمكن البحث في تسلسل الجينوم والجينات عن طريق مجموعة متنوعة من الأدوات لخصائص معينة. يمكن لأدوات تحديد التسلسل العثور على مواقع إنزيمات التقييد ، وإطارات القراءة المفتوحة في تسلسل النوكليوتيدات ، والتنبؤ بالبنى الثانوية.يمكن بناء أشجار علم الوراثة وتطوير الفرضيات التطورية باستخدام برامج خاصة مثل ClustalW فيما يتعلق بأصول الكائنات الحية الحديثة والجينات التي تعبر عنها. مجال المعلوماتية الحيوية الآن لا غنى عنه لتحليل الجينات والبروتينات.

في محاكاة السيليكو للعمليات الديناميكية

هناك مشكلة حسابية أكثر تعقيدًا تتمثل في التنبؤ بالتفاعلات بين الجزيئات ، مثل الالتحام الجزيئي ، [78] طي البروتين ، والتفاعل بين البروتين والبروتين والتفاعل الكيميائي. النماذج الرياضية لمحاكاة هذه العمليات الديناميكية تتضمن الميكانيكا الجزيئية ، على وجه الخصوص ، الديناميكيات الجزيئية. في هذا الصدد، في السيليكو اكتشفت عمليات المحاكاة طي نطاقات بروتين α- حلزونية صغيرة مثل غطاء الرأس ، [79] البروتين الإضافي لفيروس نقص المناعة البشرية [80] والطرق الهجينة التي تجمع بين الديناميات الجزيئية المعيارية والرياضيات الميكانيكية الكمومية استكشفت الحالات الإلكترونية للرودوبسين. [81]

إلى جانب الديناميكيات الجزيئية الكلاسيكية ، تسمح طرق ديناميكيات الكم بمحاكاة البروتينات بتفاصيل ذرية مع وصف دقيق لتأثيرات ميكانيكا الكم. تتضمن الأمثلة طريقة Hartree (MCTDH) متعددة الطبقات والمعتمدة على الوقت وطريقة معادلات الحركة الهرمية (HEOM) ، والتي تم تطبيقها على الكروميات المشفرة النباتية [82] ومجمعات حصاد الضوء البكتيرية ، [83] على التوالي. تعد كل من المحاكاة الميكانيكية الكمومية والكلاسيكية لأنظمة النطاق البيولوجي متطلبة للغاية من الناحية الحسابية ، لذا فإن مبادرات الحوسبة الموزعة (على سبيل المثال ، مشروع Folding @ home [84]) تسهل النمذجة الجزيئية من خلال استغلال التطورات في المعالجة المتوازية GPU وتقنيات مونت كارلو.

تحليل كيميائي

يتكون محتوى النيتروجين الكلي للمادة العضوية بشكل أساسي من المجموعات الأمينية في البروتينات. مجموع نيتروجين كجيلدال (TKN) هو مقياس للنيتروجين يستخدم على نطاق واسع في تحليل المياه (النفايات) والتربة والأغذية والأعلاف والمواد العضوية بشكل عام. كما يوحي الاسم ، يتم تطبيق طريقة Kjeldahl. تتوفر طرق أكثر حساسية. [85] [86]

يمكن لمعظم الكائنات الحية الدقيقة والنباتات تصنيع جميع الأحماض الأمينية القياسية العشرين بيولوجيًا ، بينما يجب على الحيوانات (بما في ذلك البشر) الحصول على بعض الأحماض الأمينية من النظام الغذائي. [41] يشار إلى الأحماض الأمينية التي لا يستطيع الكائن تصنيعها بمفرده على أنها أحماض أمينية أساسية. الإنزيمات الرئيسية التي تصنع بعض الأحماض الأمينية غير موجودة في الحيوانات - مثل الأسبارتوكيناز ، الذي يحفز الخطوة الأولى في تخليق ليسين ، ميثيونين ، وثريونين من الأسبارتات. إذا كانت الأحماض الأمينية موجودة في البيئة ، يمكن للكائنات الحية الدقيقة الحفاظ على الطاقة عن طريق تناول الأحماض الأمينية من محيطها وتقليل مسارات التخليق الحيوي الخاصة بها.

في الحيوانات ، يتم الحصول على الأحماض الأمينية من خلال استهلاك الأطعمة التي تحتوي على البروتين. يتم بعد ذلك تفكيك البروتينات التي يتم تناولها إلى أحماض أمينية من خلال الهضم ، والذي يتضمن عادةً تمسخ البروتين من خلال التعرض للحمض والتحلل المائي بواسطة إنزيمات تسمى البروتياز. تُستخدم بعض الأحماض الأمينية المبتلعة في التخليق الحيوي للبروتين ، بينما يتم تحويل البعض الآخر إلى جلوكوز من خلال تكوين الجلوكوز ، أو يتم تغذيتها في دورة حمض الستريك. هذا الاستخدام للبروتين كوقود مهم بشكل خاص في ظل ظروف الجوع لأنه يسمح باستخدام بروتينات الجسم لدعم الحياة ، وخاصة تلك الموجودة في العضلات. [87]

في الحيوانات مثل الكلاب والقطط ، يحافظ البروتين على صحة وجودة الجلد من خلال تعزيز نمو بصيلات الشعر والتقرن ، وبالتالي تقليل احتمالية حدوث مشاكل جلدية تؤدي إلى الرائحة الكريهة. [88] البروتينات ذات الجودة الرديئة لها أيضًا دور فيما يتعلق بصحة الجهاز الهضمي ، مما يزيد من احتمالية انتفاخ البطن والمركبات ذات الرائحة في الكلاب لأنه عندما تصل البروتينات إلى القولون في حالة غير مهضومة ، يتم تخميرها لإنتاج غاز كبريتيد الهيدروجين والإندول والسكاتول. [89] تهضم الكلاب والقطط البروتينات الحيوانية بشكل أفضل من تلك الموجودة في النباتات ، ولكن المنتجات ذات الأصل الحيواني منخفض الجودة يتم هضمها بشكل سيئ ، بما في ذلك الجلد والريش والنسيج الضام. [89]


هذا هو السبب في أن اللون الأزرق نادر بالفعل في الطبيعة

اللون الأكثر تفضيلاً في العالم هو اللون الأزرق. وفقًا لاستطلاع YouGov ، فإن كل دولة على هذا الكوكب تقريبًا تسردها على هذا النحو. بالإضافة إلى ذلك ، يسعد العلماء والفنانين ويثير اهتمامهم (انظر: فترة بيكاسو الزرقاء) على حد سواء لعدة قرون ، وهو الخيار الأول لكل شيء من طلاء المنزل إلى الجينز الذي ربما ترتديه في هذه اللحظة بالذات. ومع ذلك ، فقد اتضح أن اللون يصعب الحصول عليه في الطبيعة.

مثال على ذلك: تأتي الحيوانات بألوان مختلفة ، ولكن كم عدد الألوان التي يمكنك التفكير فيها باللون الأزرق؟ ربما القيق الأزرق أو الحوت الأزرق (وهو ليس كل هذا اللون الأزرق على أي حال). ثم هناك المخلوقات الأقل شيوعًا ، ولكن الأكثر إثارة للإعجاب ، ذات الألوان الزرقاء التي تجذب الأنظار ، مثل الفراشات والضفادع والببغاوات.

لماذا اللون الأزرق غير شائع؟ ترتبط معظم الأصباغ التي تظهر عليها الحيوانات على فرائها أو جلدها أو ريشها بالطعام الذي تتناوله. سمك السلمون وردي بسبب المحار الوردي الذي يأكلونه. طائر الحسون يحصل على اللون الأصفر من الزهور الصفراء التي يستهلكها. ولكن في حين أن أصباغ مثل الأحمر والبني والبرتقالي والأصفر تأتي من الطعام الذي تأكله الحيوانات ، فإن هذا ليس هو الحال مع اللون الأزرق. في الواقع ، هذا اللون الأزرق الذي تراه ليس في الحقيقة صبغة على الإطلاق.

عندما يظهر اللون الأزرق في الطبيعة ، فهو مرتبط بأسباب أخرى غير الصبغة. في كثير من الحيوانات ، يرجع هذا اللون الأزرق إلى بنية الجزيئات والطريقة التي تعكس بها الضوء. على سبيل المثال ، فراشة المورفو الزرقاء (التي قد تعرفها على أنها رمز تعبيري للفراشة) ، تحصل على لونها من حقيقة أن حراشف أجنحتها تتشكل في حواف تجعل ضوء الشمس ينحني بطريقة تجعل الضوء الأزرق ، عند الطول الموجي الصحيح تمامًا. يجعله لأعيننا. إذا تم تشكيل المقاييس بشكل مختلف أو إذا كان هناك شيء آخر غير الهواء يملأ الفجوات بينهما ، فسوف يتلاشى اللون الأزرق.

تحصل الطيور الزرقاء ، مثل القيق الأزرق ، على لونها من خلال عملية مماثلة ، ولكنها مختلفة قليلاً: تتكون كل ريشة من حبات مجهرية مشتتة للضوء متباعدة بطريقة يتم فيها إلغاء كل شيء باستثناء الضوء الأزرق. يرجع اللون الأزرق على أي حيوان (بما في ذلك العيون الزرقاء للبشر) إلى نوع من انعكاس الضوء من هذا النوع. الاستثناء الوحيد هو فراشة الأوبرينا ، وهي الحيوان الوحيد المعروف في الطبيعة الذي ينتج صبغة زرقاء.

لماذا يوجد اللون الأزرق بشكل حصري تقريبًا في الهياكل الزرقاء بدلاً من الأصباغ؟ لا يمكن للعلماء الجزم بذلك ، لكن النظرية الشائعة هي أنه نظرًا لأن تطوير اللون الأزرق أصبح مفيدًا (للبقاء والتواصل) ، فقد ثبت أنه من الأسهل ، من منظور تطوري ، أن تغير هذه الحيوانات أشكال أجسامها بطرق مجهرية من إعادة كتابة قواعد الكيمياء.

يمكن رؤية حالة مماثلة في النباتات ، حيث لا توجد صبغة زرقاء أيضًا هل حقا يوجد. وفقًا لديفيد لي ، مؤلف كتاب لوحة ألوان الطبيعة: علم لون النبات وأستاذ متقاعد في قسم العلوم البيولوجية بجامعة فلوريدا الدولية في ميامي ، ينتج أقل من 10 في المائة من 280.000 نوع من النباتات المزهرة أزهارًا زرقاء.

غالبًا ما تستخدم تلك النباتات التي تظهر باللون الأزرق صبغة حمراء تعرف باسم الأنثوسيانين. من خلال تحولات الأس الهيدروجيني وخلط الأصباغ ، جنبًا إلى جنب مع انعكاس الضوء الطبيعي ، يمكن للنباتات أن تولد مظهر اللون الأزرق الطبيعي. هذا هو السبب في أن النباتات مثل الجرس الأزرق والكوبية ونباتات أمجاد الصباح تظهر درجات مختلفة من اللون الأزرق ، بينما في الواقع ، كما يشرح لي ، "لا توجد صبغة زرقاء حقيقية في النباتات". ولمزيد من المعلومات الرائعة حول عجلة الألوان ، إليك 30 حقيقة مجنونة عن الألوان التي ستذهلك.

لاكتشاف المزيد من الأسرار المدهشة حول عيش حياتك بشكل أفضل ، انقر هنا لمتابعتنا على Instagram!


الاختلاف في النباتات (مع رسم بياني)

مع نمو هذا العلم ، صاغ بيتسون كلمة علم الوراثة في عام 1906 لهذا الفرع من علم الأحياء الذي يهتم بـ "إيضاح ظاهرة الوراثة والاختلاف". الكلمة نفسها من أصل لاتيني وتعني نشأة أو نشأة الكائنات الحية.

يسعى علم الوراثة إلى حساب أوجه التشابه والاختلاف الموجودة بين الكائنات الحية المرتبطة بالنسب. الوراثة هي انتقال الصفات الأبوية ، المعبر عنها أو الكامنة ، إلى النسل. وبالتالي فإن علم الوراثة هو الدراسة النقدية للوراثة التي تمكن المرء من فهم آلية التطور. علم تحسين النسل هو علم الوراثة المطبق على البشر مع إشارة خاصة إلى تحسين العرق.

بدأ علم الوراثة بدراسة الاختلافات لمعرفة أي منها موروث.

تفاوت:

يتم تحديد البناء الفعلي لأي كائن حي بواسطة عاملين - الوراثة والبيئة ، أي الطبيعة والتنشئة. لقد رأينا أنه بينما شدد لامارك على أهمية البيئة (بالإضافة إلى الجهود الواعية & # 8216 للحيوانات) وحدها ، ذهب وايزمان إلى النقيض المعاكس ، وتجاهل تمامًا في البداية تأثير البيئة.

لكن من الواضح أنه إذا كانت الوراثة ثابتة وغير قابلة للتغيير ، فلا يمكن أن تتشكل أنواع جديدة ولا يمكن أن يحدث أي تطور. لشرح التطور يجب أن يكون هناك اختلاف. الاختلاف هو الأكثر أهمية في التطور. تختار الطبيعة تلك الاختلافات الوراثية التي تجعل الكائن الحي أكثر ملاءمة لبيئته وخجله.

وهكذا ، تصبح المتغيرات المختارة أكثر تكيفًا مع محيطها ، وبمرور الوقت ، يشكل الانتقاء التدريجي نوعًا جديدًا. لذلك ، فإن التباين والاختيار والتكيف والتأقلم يحدد مسار التطور بشكل أساسي. التكيفات هي تعديلات ومحاولات خاصة تتناسب مع البيئة الخاصة للكائن الحي.

تتمحور أكثر الحجج مرارة في علم الوراثة والتطور حول مشكلة أصل الاختلافات. هذه مسألة خلاف بين اللاماركيين الجدد والوايزمانيين أو الداروينيين الجدد. تحدث بعض فلاسفة الأحياء (بيرجسون ، سموتس ، برنارد شو ، إلخ) عن بعض القوى الخارقة للطبيعة أو بعض قوى الحياة التي تسبب التطور في اتجاهات معينة. لكن هذه مجرد تخمينات ولا تستند إلى حقائق فعلية. في الوقت الحاضر ، تم تكثيف جميع الحجج وصولاً إلى قناتين رئيسيتين - إما أن الاختلاف الوراثي ناتج عن تغيرات عرضية في البلازما الجرثومية أو ، قوالب البيئة مثل هذه الاختلافات.

يؤمن معظم علماء الوراثة اليوم بالتطور العرضي الناجم عن التغيرات أو الطفرات العرضية. من الممكن أن تكون بعض الطفرات ناتجة عن اضطرابات ناجمة عن التغيرات البيئية. من ناحية أخرى ، هناك آخرون يعتقدون أن اختلافات تربية حقيقية جديدة تنشأ نتيجة للتأثير المباشر للبيئة. كانت مدرسة ليسينكو الروسية لعلم الوراثة ، التي ادعت أنها وحدها من أتباع داروين الحقيقيين ، من المدافعين الأقوياء عن وجهة النظر الأخيرة.

تم تفسير ظواهر معينة في التطور بشكل مختلف من قبل الحيويين ، والطفرات ، وعلماء البيئة. تكوين التقويم يعني التطور في اتجاه محدد. هذه هي الطريقة التي تطورت بها عادة البذور في النباتات والدماغ عند الحيوانات. يجادل أنصار الحيويين بأن القوة الموجهة تسببت في هذا التطور و & # 8216 حددت & # 8217 اتجاه تكوين العظام.

من ناحية أخرى ، يقول أنصار الطفرات إن الطبيعة اختارت مثل هذه الطفرات بينما يقول أنصار البيئة إن البيئة هي التي شكلت هذه الأشكال. يعني التنافر أن تطور أشكال متشابهة في مجموعات مختلفة من نفس البيئة. وهكذا ، تم تطوير أشكال الوسائد والوردة في نباتات جبال الألب من أنواع مختلفة. يبدو الصبار Xerophytic و Xerophytic Euphorbias متشابهين إلى حد كبير على الرغم من أنهما ينتميان إلى مجموعات مختلفة على نطاق واسع.

تُعرف هذه الظاهرة أيضًا باسم homoplasy. أدى هذا التقارب في التطور الناجم عن التكيف التوافقي إلى إثارة الكثير من التكهنات. يمكن أيضًا أن يُعزى التطور الموازي لمغاير الأبراج في مجموعات مختلفة من pteriodophytic إلى أسباب مماثلة. صاغ فافيلوف قانونًا مثيرًا للاهتمام للسلسلة المتماثلة في التباين من خلال إظهار أن المحاصيل المزروعة المختلفة تتبع نفس المسار في تطور الأصناف الجديدة. يثير هذا أيضًا حججًا حول ما إذا كان مثل هذا التطور الموازي يمكن أن يكون عرضيًا.

تم العثور على الكائنات الحية التي لها نفس الوراثة لإظهار الأنواع التالية من الاختلاف:

(1) الاختلافات المتقلبة أو المستمرة شائعة جدًا. من الصعب جدًا العثور على ورقتين متشابهتين تمامًا في نفس النبات. هذا الاختلاف ناتج عن & # 8216nurture & # 8217 أكثر من وراثي & # 8216nature & # 8217. تسبب البيئة الداخلية والخارجية مثل هذه الاختلافات وهي ليست موروثة.

ومع ذلك ، فإن المفهوم الأصلي للاختلافات المتقلبة ، كما فهمه داروين وآخرون ، تضمن شيئًا أكثر مما هو مذكور أعلاه. يتضمن ذلك قطع الجينات المتعددة ، أي الجينات المتعددة ومثل هذه الجينات الصغيرة والجينات المعدلة التي تنشأ باستمرار في الطبيعة عن طريق الطفرة.

(2) تظهر الطفرات أو الاختلافات المتقطعة فجأة. إنها ناجمة عن حوادث وخداع ، أو كأثر للتغيرات البيئية.

(3) الاختلاف عن طريق التهجين وإعادة تركيب المادة الجرثومية. يُطلق على مندل لقب أبو علم الوراثة لأنه كان أول عالم أظهر كيف يمكن استخدام التهجين في فهم وراثة الكائنات الحية.

(4) Chimaeras. في الطعوم بين نباتين ، تظهر أحيانًا بعض البراعم الغريبة عند نقطة اتحاد الأسهم والسليل (الشكل 814 أ). نسيج هذا البرعم هو في الواقع خليط من أنسجة النباتين.

تظهر الفروع التي تنشأ من هذه البراعم والنباتات التي يتم تكاثرها نباتيًا منها بعض الخلائط من نباتين أصليين يحاكيان أنواعًا هجينة حقيقية ويعرفان باسم الخمائر. من المعروف أيضًا أن الكيميراز تنشأ على النباتات الطبيعية دون تطعيم ، بسبب طفرة في الخلايا الجسدية ، أي طفرات البراعم.

من المعروف أن الطفرات الصبغية تحدث في الأنسجة الجسدية للنباتات بحيث يعيش اثنان من الأنسجة ، مع خلايا مختلفة وراثيًا (أي مع اختلاف في الكروموسومات) ، جنبًا إلى جنب. وهذا ما يسمى بالكروموسومات chimaera. برعم ينمو من مثل هذا النسيج سيكون طفرة برعم خيمرالي. الكيميرا المثير للإعجاب هو شكل الجيناندرومورف من الحشرات ، نصفها ذكور ونصف أنثى حيث أن نصف الحشرة يتطور من خلايا ذكور ، والنصف الآخر من أنثى.

قد يكون هناك أيضًا كيميرا تتضمن أكثر من نوعين من الأنسجة الجينية والأنسجة المختلفة. هذا يسمى chimaera بوليسي.

قد يتم ترتيب نوعي أنسجة الوالدين في الكيميرا بشكل مختلف ويتم التعرف على أنواع مختلفة من الخمائر وفقًا لذلك. يوضح الشكل 814 ب الترتيبات في أنواع (أ) محيطية (نسيج واحد على المحيط فقط) ، (ب) قطاعي (قسمان يشغلهما نسيجان) و (ج) فرط الخمائر (نسيجان مختلطان بشكل عشوائي).

تم استخدام مصطلح graft hybrid للإشارة إلى اختلافات مماثلة من قبل بعض المؤلفين الكلاسيكيين ، ولكن بمعنى مختلف. تفترض فرضية & # 8216graft hybird & # 8217 أن هناك تهجينًا فعليًا أو بالأحرى اندماج نووي بين خلايا المخزون والسليل. قد تنفصل الأنسجة لاحقًا عن طريق فصل هذه الخلايا المندمجة. تم استخدام نفس المصطلح & # 8216graft hybrid & # 8217 ، مرة أخرى ، بمعنى مختلف من قبل مدرسة ليسينكو الروسية.

حصل Winkler (1911) على خمائر رائعة من Solanum nigrum (وودي نايت و shyshade) x ترقيع Solanum lycopersicum (طماطم) (الشكل 815) وكلها يمكن أن تمر على أنها هجينة حقيقية. ولكن ، عند الفحص الدقيق ، تم العثور على "هجينة الكسب غير المشروع & # 8217 لتكون خمائر محيطية. Cytisus adami ، وهو خيم محيطي بين Laburnum vulgare و Cytisus purpureus ، مشهور أيضًا.


أين تحدث الترجمة

داخل جميع الخلايا ، توجد آلية الترجمة داخل عضية متخصصة تسمى الريبوسوم. في حقيقيات النوى ، يجب أن تترك جزيئات الرنا المرسال الناضجة النواة وتنتقل إلى السيتوبلازم ، حيث توجد الريبوسومات. من ناحية أخرى ، في الكائنات بدائية النواة ، يمكن أن ترتبط الريبوسومات بـ mRNA بينما لا يزال يتم نسخها. في هذه الحالة ، تبدأ الترجمة عند الطرف الخامس من الرنا المرسال بينما لا تزال النهاية الثالثة مرتبطة بالحمض النووي.

في جميع أنواع الخلايا ، يتكون الريبوسوم من وحدتين فرعيتين: الوحدة الفرعية الكبيرة (50S) والوحدة الفرعية الصغيرة (30S) (S ، لوحدة svedberg ، هي مقياس سرعة الترسيب ، وبالتالي الكتلة). توجد كل وحدة فرعية بشكل منفصل في السيتوبلازم ، لكن الاثنين يتحدان معًا على جزيء الرنا المرسال. تحتوي الوحدات الفرعية الريبوزومية على بروتينات وجزيئات RNA متخصصة وعلى وجه التحديد RNA الريبوسوم (rRNA) ونقل RNA (tRNA). جزيئات الحمض النووي الريبي (tRNA) عبارة عن جزيئات محول & # 8212 ، ولها طرف واحد يمكنه قراءة الشفرة الثلاثية في الرنا المرسال من خلال الاقتران الأساسي التكميلي ، ونهاية أخرى مرتبطة بحمض أميني معين (شابفيل) وآخرون.، 1962 جرونبيرجر وآخرون.، 1969). تم اقتراح فكرة أن الحمض النووي الريبي (tRNA) عبارة عن جزيء محول كان أول من اقترحها فرانسيس كريك ، المكتشف المشارك لبنية الحمض النووي ، الذي قام بالكثير من العمل الرئيسي في فك شفرة الشفرة الجينية (كريك ، 1958).

داخل الريبوسوم ، يتم تجميع مجمعات mRNA و aminoacyl-tRNA معًا بشكل وثيق ، مما يسهل الاقتران الأساسي. يحفز الرنا الريباسي ارتباط كل حمض أميني جديد بسلسلة النمو.


الوصول المفتوح: التكلفة الحقيقية لنشر العلوم

تثير المجلات الرخيصة المفتوحة الوصول أسئلة حول القيمة التي يضيفها الناشرون مقابل أموالهم.

مايكل آيزن لا يتراجع عند دعوته للتنفيس. ويصرح قائلاً: "لا يزال من السخف تكلفة نشر الأبحاث - ناهيك عما ندفعه". ويقول إن أكبر مهزلة هو أن المجتمع العلمي يقوم بمراجعة الأقران - وهو جزء كبير من النشر العلمي - مجانًا ، لكن ناشري مجلة الاشتراك يتقاضون مليارات الدولارات سنويًا ، كما قيل ، للعلماء لقراءة المنتج النهائي. يقول: "إنها صفقة سخيفة".

يجادل آيزن ، عالم الأحياء الجزيئية في جامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، بأن العلماء يمكنهم الحصول على قيمة أفضل بكثير من خلال النشر في مجلات مفتوحة الوصول ، والتي تجعل المقالات مجانية للجميع للقراءة والتي تسترد تكاليفها عن طريق فرض رسوم على المؤلفين أو الممولين. من بين أفضل الأمثلة المعروفة المجلات التي نشرتها المكتبة العامة للعلوم (PLoS) ، والتي شارك إيزن في تأسيسها في عام 2000. يتفق بيتر بينفيلد ، المؤسس المشارك لـ واحدة من أحدث المجلات المفتوحة الوصول ، بيرج، وكان ناشرًا سابقًا في PLoS.

لكن ناشري المجلات ذات الاشتراك يصرون على أن مثل هذه الآراء مضللة - ولدت من الإخفاق في تقدير القيمة التي تضيفها إلى الأوراق التي ينشرونها ، ولمجتمع البحث ككل. يقولون إن عملياتهم التجارية فعالة للغاية في الواقع ، لذا إذا أدى التحول إلى النشر المفتوح الوصول إلى دفع العلماء إلى خفض الرسوم عن طريق اختيار مجلات أرخص ، فإن ذلك سيقوض قيمًا مهمة مثل جودة التحرير.

تم توجيه هذه الاتهامات والتهم المضادة ذهابًا وإيابًا منذ ظهور فكرة الوصول المفتوح في التسعينيات ، ولكن نظرًا لأن الموارد المالية للصناعة غامضة إلى حد كبير ، فقد كان هناك نقص في الأدلة لدعم أي من الجانبين. على الرغم من ارتفاع أسعار قوائم المجلات بوتيرة أسرع من معدلات التضخم ، فإن الأسعار التي تدفعها مكتبات الحرم الجامعي بالفعل لشراء المجلات تكون مخفية عمومًا بموجب اتفاقيات عدم الإفصاح التي توقعها. والتكاليف الحقيقية التي يتكبدها الناشرون لإنتاج مجلاتهم ليست معروفة على نطاق واسع.

ومع ذلك ، فقد شهدت السنوات القليلة الماضية تغييرًا. ارتفع عدد المجلات المفتوحة بشكل مطرد ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى آراء الممولين بأن الأوراق القائمة على الأبحاث الممولة من القطاع العام يجب أن تكون مجانية لأي شخص لقراءتها. بحلول عام 2011 ، تم نشر 11٪ من المقالات العالمية في مجلات مفتوحة الوصول بالكامل 1 (انظر: "صعود الوصول المفتوح"). فجأة ، يمكن للعلماء المقارنة بين أسعار النشر المختلفة. ورقة بحثية تكلف 5000 دولار أمريكي للمؤلف للنشر فيها تقارير الخلية، على سبيل المثال ، قد تكلف 1350 دولارًا فقط للنشر في بلوس واحد - بينما بيرج يعرض نشر عدد غير محدود من الأوراق لكل مؤلف مقابل رسوم لمرة واحدة قدرها 299 دولارًا. تقول هيذر جوزيف ، المديرة التنفيذية لتحالف الموارد الأكاديمية والنشر العلمي في واشنطن العاصمة: "للمرة الأولى ، يمكن للمؤلف تقييم الخدمة التي يحصلون عليها مقابل الرسوم التي يدفعونها".

يقود التباين في الأسعار كل المعنيين إلى التساؤل عن مؤسسة النشر الأكاديمية كما لم يحدث من قبل. بالنسبة للباحثين والممولين ، تكمن المشكلة في مقدار مواردهم الشحيحة التي يجب إنفاقها على النشر ، والشكل الذي سيتخذه هذا النشر. بالنسبة للناشرين ، يتعلق الأمر بما إذا كانت نماذج أعمالهم الحالية مستدامة - وما إذا كانت المجلات شديدة الانتقائية والمكلفة يمكنها البقاء والازدهار في عالم مفتوح الوصول إليه.

تكلفة النشر

تشير البيانات الواردة من شركة الاستشارات Outsell في بورلينجيم بكاليفورنيا إلى أن صناعة النشر العلمي حققت إيرادات بلغت 9.4 مليار دولار في عام 2011 ونشرت حوالي 1.8 مليون مقال باللغة الإنجليزية - بمتوسط ​​إيرادات لكل مقال يبلغ حوالي 5000 دولار. يقدر المحللون هوامش الربح بنسبة 20-30٪ للصناعة ، لذلك من المرجح أن يكون متوسط ​​التكلفة التي يتكبدها الناشر عند إنتاج مقال ما بين 3500-4000 دولار.

يتقاضى معظم الناشرين ذوي الوصول المفتوح رسومًا أقل بكثير من متوسط ​​إيرادات الصناعة ، على الرغم من وجود تشتت كبير بين المجلات. أكبر ناشري الوصول المفتوح - BioMed Central و PLoS - يتقاضون مبلغًا يتراوح بين 1350 و 2250 دولارًا لنشر مقالات تمت مراجعتها من قِبل الأقران في العديد من مجلاتهم ، على الرغم من أن عروضهم الأكثر انتقائية تتقاضى 2700 - 2900 دولار. في دراسة استقصائية نُشرت العام الماضي 2 ، قام الخبير الاقتصادي بو كريستر بيورك من كلية هانكين للاقتصاد في هلسنكي وعالم النفس ديفيد سولومون من جامعة ولاية ميتشيغان في إيست لانسينغ بفحص 100،697 مقالة منشورة في 1،370 مجلة متاحة للوصول المفتوح مقابل رسوم نشطة عام 2010 ( حوالي 40٪ من المقالات ذات الوصول المفتوح بالكامل في ذلك العام) ، ووجدت أن الرسوم تراوحت بين 8 دولارات و 3900 دولار. غالبًا ما توجد رسوم أعلى في المجلات "المختلطة" ، حيث يعرض الناشرون جعل المقالات الفردية مجانية في منشور غير مدفوع الأجر (راجع "سعر المكانة"). تقدر Outsell أن متوسط ​​تكلفة كل مقالة لناشري الوصول المفتوح في عام 2011 كان 660 دولارًا.

على الرغم من أن هذه الرسوم تبدو شفافة بشكل منعش ، إلا أنها ليست الطريقة الوحيدة التي يمكن للناشرين ذوي الوصول المفتوح من خلالها جني الأموال. كما تلاحظ Outsell ، فإن متوسط ​​660 دولارًا ، على سبيل المثال ، لا يمثل الإيرادات الحقيقية المحصلة لكل ورقة: فهو يشمل الأوراق المنشورة برسوم مخفضة أو متنازل عنها ، ولا يحسب النقد من مخططات العضوية التي يديرها بعض ناشري الوصول المفتوح بالإضافة إلى فرض رسوم على المقالات. في كثير من الأحيان ، يتم أيضًا دعم الناشرين الصغار ذوي الوصول المفتوح ، حيث تغطي الجامعات أو الجمعيات تكاليف استضافة الخادم وأجهزة الكمبيوتر ومساحة البناء. وهذا يفسر سبب قول العديد من المجلات إنها تستطيع تقديم وصول مفتوح مقابل لا شيء. مثال واحد هو اكتا باليونتولوجيكا بولونيكا، وهي مجلة محترمة لعلم الأحافير مفتوحة الوصول ، يتم تغطية تكاليفها في الغالب من خلال الإعانات الحكومية لمعهد علم الأحياء القديمة التابع لأكاديمية العلوم البولندية في وارسو ، ولا تفرض أي رسوم على الأوراق البحثية التي تقل عن 10 صفحات. آخر eLife، والتي يتم تغطيتها من خلال المنح المقدمة من Wellcome Trust في لندن وجمعية Max Planck في ميونيخ بألمانيا ومعهد Howard Hughes الطبي في Chevy Chase بولاية ماريلاند. ويستخدم بعض الناشرين مجموعات من المجلات لدعم بعضهم البعض: على سبيل المثال ، بلوس علم الأحياء و الطب PLoS الحصول على دعم من بلوس واحد، كما يقول داميان باتينسون ، مدير التحرير في بلوس واحد.

لن تناقش PLoS ولا BioMed Central التكاليف الفعلية (على الرغم من أن كلتا المنظمتين مربحة ككل) ، لكن بعض اللاعبين الناشئين الذين كشفوا عنهم في هذا المقال يقولون إن تكاليفهم الداخلية الحقيقية منخفضة للغاية. يقول بول بيترز ، رئيس جمعية النشر العلمي المفتوح الوصول والمسؤول الاستراتيجي الأول في دار النشر هنداوي في القاهرة ، إن مجموعته نشرت العام الماضي 22000 مقالة بتكلفة 290 دولارًا لكل مقالة. يقول Brian Hole ، مؤسس ومدير Ubiquity Press في لندن ، بقيادة الباحث ، إن متوسط ​​التكاليف يبلغ 200 جنيه إسترليني (300 دولار أمريكي). وبينفيلد يقول ذلك بيرجتكاليفها في "مئات الدولارات المنخفضة" لكل مقال.

الصورة مختلطة أيضًا بالنسبة للناشرين بالاشتراك ، حيث يدر الكثير منها إيرادات من مجموعة متنوعة من المصادر - المكتبات والمعلنين والمشتركين التجاريين ورسوم المؤلفين وأوامر إعادة الطباعة والإعانات التبادلية من المجلات الأكثر ربحية. لكنهم حتى أقل شفافية بشأن تكاليفهم من نظرائهم ذوي الوصول المفتوح. رفض معظمهم الكشف عن الأسعار أو التكاليف عند إجراء مقابلات مع هذه المقالة.

تظهر الأرقام القليلة المتوفرة أن التكاليف تختلف بشكل كبير في هذا القطاع أيضًا. على سبيل المثال ، Diane Sullenberger ، المحرر التنفيذي لـ وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في واشنطن العاصمة ، يقول إن المجلة ستحتاج إلى تحصيل حوالي 3700 دولار لكل ورقة لتغطية التكاليف إذا أصبحت متاحة للجميع. لكن فيليب كامبل ، رئيس تحرير طبيعة سجية، تقدر التكاليف الداخلية لمجلته بما يتراوح بين 20000 و 30.000 جنيه إسترليني (30.000-40.000 دولار) لكل ورقة. يقول العديد من الناشرين إنهم لا يستطيعون تقدير تكلفة كل ورقة لأن نشر المقالات متشابك مع أنشطة أخرى. (علم، على سبيل المثال ، تقول إنها لا تستطيع تقسيم تكاليفها لكل ورقة وأن الاشتراكات تدفع أيضًا مقابل أنشطة جمعية المجلة ، الجمعية الأمريكية لتقدم العلوم في واشنطن العاصمة.)

العلماء يتأملون لماذا بعض الناشرين يديرون ملابس أكثر تكلفة من غيرهم يشيرون في كثير من الأحيان إلى هوامش الربح. يصعب الحصول على أرقام موثوقة: Wiley ، على سبيل المثال ، اعتادت الإبلاغ عن 40٪ من الأرباح من قسم النشر العلمي والتقني والطب (STM) قبل الضرائب ، لكن حساباتها لعام 2013 أشارت إلى أن تخصيص نسبة من `` المشاركة في النشر العلمي '' الخدمات - تكاليف التوزيع والتكنولوجيا وإيجارات المباني ومعدلات الكهرباء - ستخفض إلى النصف الأرباح المعلنة. تبلغ هوامش Elsevier المبلغ عنها 37٪ ، لكن المحللين الماليين يقدرونها بـ 40-50٪ لقسم النشر STM قبل الضرائب. (طبيعة سجية تقول أنها لن تكشف عن معلومات حول الهوامش.) يمكن جني الأرباح من جانب الوصول المفتوح أيضًا: فقد حققت شركة هنداوي أرباحًا بنسبة 50٪ من المقالات التي نشرتها العام الماضي ، كما يقول بيترز.

من المعروف على نطاق واسع أن الناشرين التجاريين يحققون أرباحًا أكبر من المنظمات التي تديرها المؤسسات الأكاديمية. قدرت دراسة أجريت عام 2008 من قبل Cambridge Economic Policy Associates ومقرها لندن الهوامش بنسبة 20٪ للناشرين من المجتمع ، و 25٪ لناشري الجامعات و 35٪ للناشرين التجاريين 3. تقول ديبورا شورلي ، مستشارة الاتصالات العلمية في إمبريال كوليدج لندن ، إن هذا مصدر إزعاج لكثير من الباحثين - ليس لأن الأرباح التجارية أكبر ، ولكن لأن الأموال تذهب إلى المساهمين بدلاً من إعادة استثمارها في العلوم أو التعليم.

لكن الفرق في هوامش الربح يفسر جزءًا صغيرًا فقط من التباين في الأسعار لكل ورقة. أحد الأسباب التي تجعل ناشري الوصول المفتوح لديهم تكاليف أقل هو ببساطة أنهم أحدث ، وينشرون بالكامل عبر الإنترنت ، لذلك لا يتعين عليهم إجراء عمليات طباعة أو إعداد نظام حظر الاشتراك غير المدفوع (راجع "كيفية تقسيم التكاليف"). في حين أن الشركات الناشئة الصغيرة يمكن أن تأتي بسير عمل جديد باستخدام أحدث الأدوات الإلكترونية ، لا يزال بعض الناشرين المعروفين يتعاملون مع تدفقات عمل قديمة لترتيب مراجعة الأقران والتنضيد وتحويل تنسيق الملفات وغيرها من الأعمال الروتينية. ومع ذلك ، فإن معظم الناشرين الأكبر سنًا يستثمرون بكثافة في التكنولوجيا ، ويجب عليهم اللحاق بالركب في نهاية المطاف.

يقدم ناشرو المجلات باهظة الثمن تفسيرين آخرين لتكاليفهما المرتفعة ، على الرغم من تعرض كليهما لانتقادات شديدة من المدافعين عن نماذج الأعمال الأرخص: إنهم يفعلون أكثر ويميلون إلى أن يكونوا أكثر انتقائية. كلما زاد الجهد الذي يبذله الناشر في كل ورقة ، وكلما زاد عدد المقالات التي ترفضها المجلة بعد مراجعة الأقران ، زادت تكلفة كل مقال مقبول للنشر.

قد يدير الناشرون عملية مراجعة الأقران ، والتي تتضمن أنشطة مثل العثور على المراجعين الأقران ، وتقييم التقييمات وفحص المخطوطات بحثًا عن الانتحال. يمكنهم تحرير المقالات ، والتي تشمل التدقيق اللغوي والتنضيد وإضافة الرسومات وتحويل الملف إلى تنسيقات قياسية مثل XML وإضافة البيانات الوصفية إلى معايير الصناعة المتفق عليها. ويمكنهم توزيع نسخ مطبوعة واستضافة المجلات على الإنترنت. تحتوي بعض المجلات التي يتم الاشتراك فيها على عدد كبير من المحررين والمصممين والمتخصصين في الكمبيوتر بدوام كامل. لكن لا يقوم كل ناشر بتحديد جميع المربعات في هذه القائمة ، أو يبذل نفس الجهد أو يستأجر موظفين محترفين مكلفين لجميع هذه الأنشطة. على سبيل المثال ، معظم بلوس واحدإن محرري المجلة هم علماء عاملون ، ولا تؤدي المجلة وظائف مثل تحرير النسخ. بعض المجلات بما في ذلك طبيعة سجية، يمكنك أيضًا إنشاء محتوى إضافي للقراء ، مثل الافتتاحيات والمقالات المعلقة والصحافة (بما في ذلك المقالة التي تقرأها). يقول David Hoole ، مدير التسويق في Nature Publishing Group: "نحصل على تعليقات إيجابية حول عملية التحرير لدينا ، لذلك من خلال تجربتنا ، يفهم العديد من العلماء ويقدرون القيمة التي يضيفها هذا إلى ورقتهم".

يمكن أن تكون تكاليف نشر الأبحاث أقل بكثير مما يعتقده الناس. "

السؤال الرئيسي هو ما إذا كان الجهد الإضافي يضيف قيمة مفيدة ، كما يقول تيموثي غاورز ، عالم الرياضيات في جامعة كامبريدج ، المملكة المتحدة ، الذي قاد العام الماضي ثورة ضد إلسفير (انظر طبيعة سجية http://doi.org/kwd 2012). هل سيصمد تقدير العلماء لمجلات الاشتراك إذا دفع المؤلفون التكاليف ، بدلاً من توزيعها بين المشتركين؟ يقول غاورز: "إذا رأيت ذلك من منظور الناشر ، فقد تشعر بالألم الشديد". قد تشعر أن الكثير من العمل الذي تقوم به لا يحظى بتقدير العلماء حقًا. السؤال الحقيقي هو ما إذا كان هذا العمل مطلوبًا ، وهذا أقل وضوحًا بكثير ".

كثير من الباحثين في مجالات مثل الرياضيات وفيزياء الطاقة العالية وعلوم الكمبيوتر لا يعتقدون ذلك. إنهم ينشرون نسخًا تمت مراجعتها مسبقًا وما بعد من عملهم على خوادم مثل arXiv - وهي عملية تكلف حوالي 800 ألف دولار سنويًا للاستمرار ، أو حوالي 10 دولارات لكل مقالة. في إطار مخطط لمجلات "Episciences" ذات الوصول المفتوح مجانًا والتي اقترحها بعض علماء الرياضيات في شهر يناير ، سينظم الباحثون نظامهم الخاص لمراجعة الأقران في المجتمع واستضافة الأبحاث حول arXiv ، مما يجعله متاحًا للجميع بأقل تكلفة (انظر طبيعة سجية http://doi.org/kwg 2013).

تناسب هذه الأساليب المجتمعات التي لديها ثقافة مشاركة المطبوعات المسبقة ، والتي إما تنتج عملًا نظريًا أو ترى تمحيصًا شديدًا لعملهم التجريبي - لذلك تتم مراجعتها بشكل فعال من قبل الأقران قبل تقديمها للناشر. لكنهم يجدون دعمًا أقل في أماكن أخرى - في المجالات الطبية الحيوية شديدة التنافس ، على سبيل المثال ، يميل الباحثون إلى عدم نشر المطبوعات المسبقة خوفًا من أن يتم حصدها ويضعون قيمة أكبر على مراجعة النظراء الرسمية (المستندة إلى المجلات). يقول جوزيف: "إذا تعلمنا أي شيء في حركة الوصول المفتوح ، فهو أن المجتمعات العلمية ليست كلها متشابهة: حجم واحد لا يناسب الجميع".

قيمة الرفض

يرتبط عدد المقالات التي يرفضونها بالتكاليف المتغيرة للمجلات. بلوس واحد (الذي يكلف المؤلفين 1350 دولارًا) ينشر 70 ٪ من المقالات المقدمة ، بينما رسائل المراجعة البدنية (مجلة مختلطة بها رسوم وصول مفتوحة اختيارية تبلغ 2700 دولار) تنشر أقل من 35٪ طبيعة سجية نشرت 8٪ فقط في عام 2011.

يعكس الارتباط بين السعر والانتقائية حقيقة أن المجلات لها وظائف تتجاوز مجرد نشر المقالات ، كما يشير جون هوتون ، الاقتصادي بجامعة فيكتوريا في ملبورن ، أستراليا. من خلال رفض الأوراق في مرحلة مراجعة النظراء على أسس أخرى غير الصلاحية العلمية ، وبالتالي توجيه الأوراق إلى المجلات الأكثر ملاءمة ، يقوم الناشرون بتصفية الأدبيات وتقديم إشارات عن المكانة لتوجيه انتباه القراء. يجادل الناشرون بأن مثل هذه الإرشادات ضرورية للباحثين الذين يكافحون لتحديد أي من ملايين المقالات المنشورة كل عام تستحق البحث عنها - وتشمل التكلفة هذه الخدمة.

يجب أن تولد المجلة الأكثر تكلفة والأكثر انتقائية ، من حيث المبدأ ، مكانة وتأثيرًا أكبر. ومع ذلك ، في عالم الوصول المفتوح ، لا تتمتع المجلات الأعلى تكلفة بشكل موثوق به بأكبر تأثير قائم على الاقتباس ، كما يقول جيفين ويست ، عالم الأحياء بجامعة واشنطن في سياتل. في وقت سابق من هذا العام ، أصدر ويست أداة مجانية يمكن للباحثين استخدامها لتقييم فعالية تكلفة المجلات المفتوحة الوصول (انظر طبيعة سجية http://doi.org/kwh 2013).

وبالنسبة لأيزن ، فإن فكرة ترشيح البحث في المجلات ذات العلامات التجارية قبل نشره ليست ميزة بل خطأ: مخلفات مهدرة من أيام الطباعة. بدلاً من توجيه المقالات إلى "دلاء" المجلات ، كما يقترح ، يمكن تصفيتها بعد النشر باستخدام مقاييس مثل التنزيلات والاستشهادات ، التي لا تركز على المجلة القديمة ، ولكن على المقالة نفسها (انظر الصفحة 437).

تشك Alicia Wise ، من Elsevier ، في أن هذا يمكن أن يحل محل النظام الحالي: "لا أعتقد أنه من المناسب القول إن التصفية والاختيار يجب أن يتم فقط من قبل مجتمع البحث بعد النشر" ، كما تقول. تجادل بأن العلامات التجارية ، والمرشحات المصاحبة ، التي ينشئها الناشرون عن طريق مراجعة انتقائية للأقران تضيف قيمة حقيقية ، وسوف يتم تفويتها إذا تم إزالتها بالكامل.

بلوس واحد لدى المؤيدين إجابة جاهزة: ابدأ بجعل أي نص أساسي يجتاز مراجعة الأقران للصلاحية العلمية بمفرده مفتوحًا للجميع إذا فات العلماء إرشادات مراجعة الأقران الانتقائية ، ثم يمكنهم استخدام أدوات التوصية والمرشحات (ربما حتى التجارية منها) للتنظيم المطبوعات - ولكن على الأقل لن يتم احتساب التكاليف في رسوم ما قبل النشر.

يقول هوتون إن هذه الحجج هي تذكير بأن الناشرين والباحثين والمكتبات والممولين موجودون في نظام معقد ومترابط. تشير تحليلاته ، وتحليلات Cambridge Economic Policy Associates ، إلى أن تحويل نظام النشر بأكمله إلى وصول مفتوح سيكون مفيدًا حتى لو بقيت تكاليف كل مقالة كما هي - ببساطة بسبب الوقت الذي سيوفره الباحثون عند محاولة الوصول أو القراءة. الأوراق التي لم تعد محفوظة خلف نظام حظر الاشتراك غير المدفوع.

الطريق لفتح الوصول

لكن التحويل الكلي سيكون بطيئًا ، لأن العلماء لا يزال لديهم كل الحافز الاقتصادي لتقديم أبحاثهم إلى المجلات ذات الاشتراكات المرموقة. تميل مكتبات الحرم الجامعي إلى دفع الاشتراكات ، ولا يرى سوى عدد قليل من العلماء التكاليف مباشرة. من وجهة نظرهم ، النشر مجاني بشكل فعال.

بالطبع ، تأثر العديد من الباحثين بالحجة الأخلاقية ، التي قدمها بقوة دعاة الوصول المفتوح ، بحيث يجب أن تكون الأبحاث الممولة من القطاع العام متاحة مجانًا للجميع. يقول مارك مكابي ، الخبير الاقتصادي بجامعة ميشيغان في آن أربور ، إن سببًا مهمًا آخر لإحراز تقدم في المجلات المفتوحة الوصول هو أن المكتبات قد تجاوزت ميزانياتها. مع عدم توفر المزيد من أموال المكتبة للإنفاق على الاشتراكات ، كان اعتماد نموذج الوصول المفتوح هو السبيل الوحيد للمجلات الحديثة لاقتحام السوق. يمكن لتفويضات وكالات التمويل الجديدة للوصول المفتوح الفوري أن تسرع من تقدم المجلات المفتوحة الوصول. ولكن حتى ذلك الحين تظل اقتصاديات الصناعة غير واضحة. من المرجح أن ترتفع رسوم المقالات المنخفضة إذا اختارت المجلات الأكثر انتقائية أن تصبح ذات وصول مفتوح. ويحذر بعض الناشرين من أن تحويل النظام بأكمله إلى الوصول المفتوح سيؤدي أيضًا إلى زيادة الأسعار لأن المجلات ستحتاج إلى المطالبة بجميع إيراداتها من المدفوعات المسبقة ، بدلاً من مجموعة متنوعة من المصادر ، مثل الحقوق الثانوية. يقول ديفيد كروتي من مطبعة جامعة أكسفورد بالمملكة المتحدة: "لقد عملت مع المجلات الطبية حيث يتراوح تدفق الإيرادات من الحقوق الثانوية من أقل من 1٪ إلى ما يصل إلى ثلث إجمالي الإيرادات".

قد يتمكن بعض الناشرين من تأمين أسعار أعلى لمنتجاتهم المتميزة ، أو ، باتباع المثال الناجح لـ PLoS ، قد يحاول الناشرون ذوو الوصول المفتوح الكبار دعم المجلات ذات المكانة العالية والانتقائية والمكلفة من خلال المجلات الرخيصة ذات الإنتاجية العالية. قد يواجه الناشرون الذين ينشرون عددًا صغيرًا من المقالات في عدد قليل من المجلات متوسطة المدى مشكلة في ظل نموذج الوصول المفتوح إذا لم يتمكنوا من تقليل التكاليف بسرعة. يقول Wim van der Stelt ، نائب الرئيس التنفيذي في Springer في Doetinchem بهولندا: "في النهاية ، يتم تحديد السعر وفقًا لما يريد السوق دفعه مقابل ذلك".

من الناحية النظرية ، يمكن لسوق الوصول المفتوح خفض التكاليف من خلال تشجيع المؤلفين على الموازنة بين قيمة ما يحصلون عليه مقابل ما يدفعونه. لكن هذا قد لا يحدث: بدلاً من ذلك ، قد ينتهي الأمر بالممولين والمكتبات إلى دفع تكاليف النشر المفتوح بدلاً من العلماء - لتبسيط المحاسبة والحفاظ على حرية الاختيار للأكاديميين. يقول جوزيف إن بعض المكتبات المؤسسية قد انضمت بالفعل إلى مخططات عضوية الناشرين التي يشترون فيها عددًا من المقالات المجانية أو المخفضة للباحثين. إنها قلقة من أن مثل هذا السلوك قد يقلل من وعي المؤلف بالثمن المدفوع للنشر - وبالتالي الحافز لخفض التكاليف.

وعلى الرغم من أن الكثيرين يرون أن التبديل لفتح الوصول أمر حتمي ، فإن الانتقال سيكون تدريجيًا. في المملكة المتحدة ، يتم إنفاق أجزاء من أموال المنح على الوصول المفتوح ، لكن المكتبات لا تزال بحاجة إلى الدفع مقابل الأبحاث المنشورة في المجلات ذات الاشتراك. في غضون ذلك ، يحث بعض العلماء زملائهم على إيداع أي مخطوطات ينشرونها في مجلات اشتراك في مستودعات مجانية على الإنترنت. أكثر من 60٪ من المجلات تسمح بالفعل للمؤلفين بالأرشفة الذاتية للمحتوى الذي تمت مراجعته من قبل الأقران وقبوله للنشر ، كما يقول ستيفان هارناد ، ناشط مخضرم في مجال الوصول المفتوح وعالم معرفي في جامعة كيبيك في مونتريال ، كندا.يطلب معظم الآخرين من المؤلفين الانتظار لبعض الوقت (على سبيل المثال ، سنة) ، قبل أرشفة أوراقهم. ومع ذلك ، فإن الغالبية العظمى من المؤلفين لا يقومون بأرشفة مخطوطاتهم بأنفسهم ما لم يطلب منهم تفويضات الجامعة أو الممول.

كما يظهر هذا النقص في الحماس ، فإن القوة الأساسية التي تدفع سرعة التحرك نحو الوصول المفتوح الكامل هي ما يريده الباحثون - وممولي الأبحاث. يقول آيزن إنه على الرغم من أن PLoS أصبح قصة نجاح - فقد نشر 26000 بحثًا العام الماضي - إلا أنه لم يحفز الصناعة على التغيير بالطريقة التي كان يأملها. يقول: "لم أكن أتوقع أن يتخلى الناشرون عن أرباحهم ، لكن إحباطي يكمن في المقام الأول في قادة المجتمع العلمي لعدم إدراكهم أن الوصول المفتوح هو وسيلة قابلة للتطبيق تمامًا للنشر".


عائلة سيئة

من بين الفيروسات التي تهاجم البشر ، تعد فيروسات كورونا كبيرة. يبلغ قطرها 125 نانومترًا ، وهي أيضًا كبيرة نسبيًا بالنسبة للفيروسات التي تستخدم RNA للتكاثر ، وهي المجموعة التي تمثل معظم الأمراض الناشئة حديثًا. لكن فيروسات كورونا تبرز حقًا في جينوماتها. بوجود 30000 قاعدة جينية ، تمتلك فيروسات كورونا أكبر جينومات من بين فيروسات الحمض النووي الريبي. إن جينوماتهم أكبر بثلاث مرات من تلك الخاصة بفيروس نقص المناعة البشرية والتهاب الكبد الوبائي ، وأكثر من ضعف الأنفلونزا.

تعد فيروسات كورونا أيضًا واحدة من فيروسات الحمض النووي الريبي القليلة ذات آلية التصحيح الجيني - والتي تمنع الفيروس من تراكم الطفرات التي يمكن أن تضعفها. قد تكون هذه القدرة هي السبب في فشل الأدوية المضادة للفيروسات الشائعة مثل ريبافيرين ، التي يمكن أن تحبط الفيروسات مثل التهاب الكبد سي ، في إخضاع السارس- CoV-2. تعمل الأدوية على إضعاف الفيروسات عن طريق إحداث طفرات. لكن في فيروسات كورونا ، يمكن للمصحح التخلص من هذه التغييرات.

السباق على لقاحات فيروس كورونا: دليل رسومي

يمكن أن يكون للطفرات مزاياها بالنسبة للفيروسات. تتحور الإنفلونزا بمعدل يصل إلى ثلاث مرات أكثر من الفيروسات التاجية ، وهي وتيرة تمكنها من التطور بسرعة وتجنب اللقاحات. لكن فيروسات كورونا حيلة خاصة تمنحها ديناميكية قاتلة: فهي كثيرًا ما تعيد الاتحاد ، وتتبادل أجزاء من الحمض النووي الريبي (RNA) مع فيروسات كورونا الأخرى. عادةً ما يكون هذا تداولًا لا معنى له لأجزاء متشابهة بين فيروسات متشابهة. ولكن عندما ينتهي المطاف باثنين من أقرباء فيروس كورونا في الخلية نفسها ، يمكن أن يؤدي إعادة التركيب إلى نسخ هائلة تصيب أنواعًا جديدة من الخلايا وتقفز إلى أنواع أخرى ، كما يقول رامباوت.

يحدث إعادة التركيب غالبًا في الخفافيش ، التي تحمل 61 فيروساً معروف أنها تصيب البشر ، وتأوي بعض الأنواع ما يصل إلى 12 1. في معظم الحالات ، لا تؤذي الفيروسات الخفافيش ، وهناك العديد من النظريات حول سبب قدرة أجهزة المناعة لدى الخفافيش على التعامل مع هؤلاء الغزاة. ذكرت ورقة بحثية نُشرت في فبراير أن خلايا الخفافيش المصابة بالفيروسات تطلق بسرعة إشارة تجعلها قادرة على استضافة الفيروس دون قتله 2.

تختلف تقديرات ولادة أول فيروس كورونا بشكل كبير ، من 10000 سنة مضت إلى 300 مليون سنة ماضية. يعرف العلماء الآن عشرات السلالات 3 ، سبعة منها تصيب البشر. من بين الأنواع الأربعة التي تسبب نزلات البرد ، جاء اثنان (OC43 و HKU1) من القوارض ، والاثنان الآخران (229E و NL63) من الخفافيش. الثلاثة التي تسبب مرضًا شديدًا - السارس (سبب السارس) ومتلازمة الشرق الأوسط التنفسية MERS-CoV و SARS-CoV-2 - جاءت جميعها من الخفافيش. لكن العلماء يعتقدون أن هناك عادة وسيطًا - حيوان مصاب بالخفافيش ينقل الفيروس إلى البشر. بالنسبة للسارس ، يُعتقد أن الوسيط هو قطط الزباد ، التي تُباع في أسواق الحيوانات الحية في الصين.

لا يزال أصل فيروس SARS-CoV-2 سؤالًا مفتوحًا (انظر "عائلة القتلة"). قال باحثون إن الفيروس يشارك 96٪ من مادته الجينية مع فيروس تم العثور عليه في خفاش في كهف في مدينة يونان بالصين 4 - وهي حجة مقنعة أنه أتى من الخفافيش. لكن هناك فرق حاسم. تحتوي البروتينات الشوكية لفيروسات كورونا على وحدة تسمى مجال ربط المستقبلات ، وهي عنصر أساسي لنجاحها في دخول الخلايا البشرية. يعتبر مجال ربط SARS-CoV-2 فعالًا بشكل خاص ، ويختلف في نواحٍ مهمة عن مجال فيروس يونان بات ، الذي يبدو أنه لا يصيب الأشخاص 5.

المصدر: M. F. Boni وآخرون. الطباعة المسبقة في bioRxiv https://doi.org/10.1101/2020.03.30.015008 (2020).

ومما زاد الأمر تعقيدًا ، أن آكل النمل المتقشر المسمى البانجولين ظهر بفيروس كورونا الذي كان له مجال ارتباط بالمستقبلات مطابق تقريبًا للنسخة البشرية. لكن باقي الفيروسات التاجية كانت متشابهة جينياً بنسبة 90٪ فقط ، لذلك يشتبه بعض الباحثين في أن البنغول لم يكن الوسيط 5. حقيقة أن كلاً من الطفرات والتوليفات تعمل على تعقيد الجهود المبذولة لرسم شجرة العائلة.

لكن الدراسات التي صدرت خلال الأشهر القليلة الماضية ، والتي لم تتم مراجعتها بعد من قبل الأقران ، تشير إلى أن SARS-CoV-2 - أو سلف مشابه جدًا - كان مختبئًا في بعض الحيوانات منذ عقود. وفقًا لورقة نُشرت على الإنترنت في 6 مارس ، فإن نسب الفيروس التاجي المؤدية إلى SARS-CoV-2 انقسمت منذ أكثر من 140 عامًا عن السلالة وثيقة الصلة التي شوهدت اليوم في البنغول. بعد ذلك ، في وقت ما خلال 40-70 عامًا الماضية ، انفصل أسلاف SARS-CoV-2 عن نسخة الخفافيش ، والتي فقدت فيما بعد مجال ارتباط المستقبل الفعال الذي كان موجودًا في أسلافه (ولا يزال في SARS-CoV-2). توصلت دراسة نُشرت في 21 أبريل إلى نتائج مشابهة جدًا باستخدام طريقة تأريخ مختلفة 7.

تشير هذه النتائج إلى تاريخ عائلي طويل ، مع وجود العديد من فروع الفيروس التاجي في الخفافيش وربما تحمل البنغولين نفس مجال ربط المستقبلات القاتلة مثل SARS-CoV-2 ، بما في ذلك بعض التي قد يكون لها قدرات مماثلة للتسبب في جائحة ، كما يقول راسموس نيلسن ، عالم الأحياء التطوري في جامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، ومؤلف مشارك للدراسة الثانية. "هناك حاجة إلى مراقبة مستمرة وزيادة اليقظة تجاه ظهور سلالات فيروسية جديدة عن طريق النقل الحيواني" ، كما يقول.


تجنب وصمة العار

يقول أوليفر بيبوس ، عالم الأحياء التطورية بجامعة أكسفورد بالمملكة المتحدة ، والذي شارك في تطوير نظام تسمية يصف 1 العلاقات بين السلالات المبكرة المختلفة لـ SARS-CoV-2 وأحفادهم التطوريين. هذا هو مصدر الاسم B.1.1.7 ، حيث يشير كل حرف متتالي إلى مجموعة فرعية من السابقة. يقول بايبوس: "توجد بالفعل مخططات تسمية لجميع هذه السلالات ، لكنها في الغالب ذات صلة بعلم الوراثة العرقي مثلي".

يريد الخبراء أيضًا التخلص من الأسماء التي تربط المتغير بالبلد أو المنطقة التي تم تحديده فيها. قال فان كيركوف: "نود أن تكون هذه التسمية مفهومة بسهولة وألا تتضمن أسماء البلدان ، لأننا نريد إزالة أي من القضايا الجيوسياسية". "نحاول تجنب" البديل البريطاني "،" البديل الجنوب أفريقي "،" البديل البرازيلي "- وسيكون هناك المزيد من المتغيرات."

لا يتم تحديد المتغيرات بالضرورة في البلد الذي ظهرت فيه ، والمتغيرات سريعة الانتشار مثل B.1.1.7 (أو VOC 202012/01 ، إذا كنت تفضل ذلك) التي تم رصدها في دولة واحدة ستنتشر في النهاية إلى العالم الأوسع. ويضيف بيبوس أن الجمعيات الجغرافية يمكنها أيضًا وصم البلدان وبالتالي تثبيط المراقبة. "آخر شيء نريد القيام به هو ثني أي مكان معين عن الإبلاغ عن حصوله على متغير جديد مثير للقلق - في الواقع ، نريد أن نفعل العكس."

عندما حدد باحثو جنوب إفريقيا متغيرًا مقلقًا 2 ، تجنبوا إدراج الدولة في اسمها بناءً على طلب رئيس جنوب إفريقيا ووزير الصحة ، كما يقول عضو الفريق توليو دي أوليفيرا ، عالم المعلومات الحيوية بجامعة كوازولو ناتال في ديربان. لقد اختاروا تسميته 501Y.V2 وهو الآن يسمى أيضًا B.1.351 بموجب النظام الذي طوره فريق Pybus. وإلى أن يتفق الباحثون على نظام تسمية أقل إرباكًا ، يتوقع دي أوليفيرا أن تستمر وسائل الإعلام والجمهور في استخدام "البديل الجنوب أفريقي". ويضيف: "إن التسمية فوضى دموية في الوقت الحالي".


هل الفيروسات حية؟

ملاحظة المحرر: نُشرت هذه القصة في الأصل في عدد ديسمبر 2004 من Scientific American.

في إحدى حلقات الكوميديا ​​التلفزيونية الكلاسيكية في خمسينيات القرن الماضي من يقضون شهر العسل، يشرح رالف كرامدن ، سائق الحافلة في بروكلين ، بصوت عالٍ لزوجته ، أليس ، "أنت تعلم أنني أعرف مدى سهولة إصابتك بالفيروس." منذ نصف قرن ، كان حتى الأشخاص العاديون مثل كرامدينز لديهم بعض المعرفة بالفيروسات و mdashas المسببات المجهرية للأمراض. ومع ذلك ، فمن شبه المؤكد أنهم لم يعرفوا بالضبط ما هو الفيروس. لقد كانوا ولا يزالون ليسوا وحدهم.

منذ حوالي 100 عام ، غيّر المجتمع العلمي مرارًا وتكرارًا رأيه الجماعي بشأن ماهية الفيروسات. يُنظر إلى الفيروسات في البداية على أنها سموم ، ثم كأشكال حياة ، ثم مواد كيميائية بيولوجية ، يُعتقد اليوم أنها تقع في منطقة رمادية بين الكائنات الحية وغير الحية: لا يمكنها التكاثر بمفردها ولكن يمكنها فعل ذلك في الخلايا الحية حقًا ويمكن أن تؤثر أيضًا على سلوك مضيفيهم بعمق. كان لتصنيف الفيروسات على أنها غير حية خلال معظم العصر الحديث لعلم الأحياء نتيجة غير مقصودة: فقد أدى بمعظم الباحثين إلى تجاهل الفيروسات في دراسة التطور. أخيرًا ، بدأ العلماء في تقدير الفيروسات باعتبارها لاعبًا أساسيًا في تاريخ الحياة.

الوصول إلى الشروط
من السهل معرفة سبب صعوبة عبادة الفيروسات. يبدو أنها تختلف مع كل عدسة يتم تطبيقها لفحصها. ينبع الاهتمام الأولي بالفيروسات من ارتباطها بالأمراض و mdashthe الكلمة & ldquovirus & rdquo لها جذورها في المصطلح اللاتيني لـ & ldquopoison. & rdquo في أواخر القرن التاسع عشر ، أدرك الباحثون أن بعض الأمراض ، بما في ذلك داء الكلب والقدم والفم ، كانت ناجمة عن جزيئات بدت. لتتصرف مثل البكتيريا ولكنها كانت أصغر بكثير. نظرًا لأنهم كانوا بيولوجيين بشكل واضح ويمكن أن ينتشروا من ضحية إلى أخرى مع تأثيرات بيولوجية واضحة ، فقد كان يُعتقد بعد ذلك أن الفيروسات هي أبسط أشكال الحياة الحية الحاملة للجينات.

جاء تخفيض رتبتهم إلى مواد كيميائية خاملة بعد عام 1935 ، عندما تبلور Wendell M. Stanley وزملاؤه ، في ما يعرف الآن بجامعة Rockefeller في مدينة نيويورك ، فيروسًا وفيروس فسيفساء للتبغ و mdash للمرة الأولى. لقد رأوا أنه يتكون من حزمة من المواد الكيميائية الحيوية المعقدة. لكنها تفتقر إلى الأنظمة الأساسية اللازمة لوظائف التمثيل الغذائي ، والنشاط الكيميائي الحيوي للحياة. تقاسم ستانلي جائزة نوبل عام 1946 & [مدش] في الكيمياء ، وليس في علم وظائف الأعضاء أو الطب و [مدش] لهذا العمل.

أثبتت الأبحاث الإضافية التي أجراها ستانلي وآخرون أن الفيروس يتكون من أحماض نووية (DNA أو RNA) محاطة بغلاف بروتيني قد يحمي أيضًا البروتينات الفيروسية المتورطة في العدوى. بهذا الوصف ، يبدو الفيروس كمجموعة كيميائية أكثر من كونه كائنًا حيًا. ولكن عندما يدخل فيروس إلى خلية (تسمى مضيفًا بعد الإصابة) ، فإنه يكون بعيدًا عن كونه غير نشط. إنه يلقي غلافه ويكشف جيناته ويحث الخلية و rsquos على إعادة إنتاج الدخيل و rsquos DNA أو RNA وتصنيع المزيد من البروتين الفيروسي بناءً على التعليمات الموجودة في الحمض النووي الفيروسي. تتجمع البتات الفيروسية التي تم إنشاؤها حديثًا ، وينشأ المزيد من الفيروسات ، والتي قد تصيب أيضًا الخلايا الأخرى.

هذه السلوكيات هي التي دفعت الكثيرين إلى التفكير في الفيروسات على أنها موجودة على الحدود بين الكيمياء والحياة. بشكل أكثر شاعرية ، قال عالما الفيروسات مارك إتش في فان ريجنمورتل من جامعة ستراسبورغ في فرنسا وبريان دبليو جي ماهي من مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها مؤخرًا أنه مع اعتمادهما على الخلايا المضيفة ، تؤدي الفيروسات إلى نوع من الحياة المستعارة. على الرغم من أن علماء الأحياء فضلوا منذ فترة طويلة وجهة النظر القائلة بأن الفيروسات مجرد صناديق من المواد الكيميائية ، فقد استفادوا من النشاط الفيروسي في الخلايا المضيفة لتحديد كيفية ترميز الأحماض النووية للبروتينات: في الواقع ، تستند البيولوجيا الجزيئية الحديثة على أساس المعلومات المكتسبة من خلال الفيروسات.

ذهب علماء الأحياء الجزيئية إلى بلورة معظم المكونات الأساسية للخلايا وهم معتادون اليوم على التفكير في المكونات الخلوية و mdash على سبيل المثال ، الريبوسومات والميتوكوندريا والأغشية والحمض النووي والبروتينات و mdashas إما الآلات الكيميائية أو الأشياء التي تستخدمها أو تنتجها الآلة. من المحتمل أن يكون هذا التعرض لتراكيب كيميائية متعددة معقدة تقوم بعمليات الحياة سببًا لأن معظم علماء الأحياء الجزيئية لا يقضون الكثير من الوقت في الحيرة بشأن ما إذا كانت الفيروسات على قيد الحياة. بالنسبة لهم ، قد يبدو هذا التمرين مكافئًا للتفكير فيما إذا كانت تلك المكونات الفرعية الخلوية الفردية على قيد الحياة بمفردها. تتيح لهم هذه النظرة قصيرة النظر أن يروا فقط كيف تستغل الفيروسات الخلايا أو تسبب المرض. يبقى السؤال الأكثر إلحاحًا حول المساهمات الفيروسية في تاريخ الحياة على الأرض ، والذي سأتناوله قريبًا ، في معظمه بلا إجابة وحتى بدون سؤال.

أكون أو لا أكون
السؤال الذي يبدو بسيطًا حول ما إذا كانت الفيروسات على قيد الحياة أم لا ، والذي غالبًا ما يسأله طلابي ، ربما يكون قد تحدى إجابة بسيطة طوال هذه السنوات لأنه يثير قضية أساسية: ما الذي يتسم بالتحديد و ldquolife؟ & rdquo تحديد علمي دقيق للحياة أمر بعيد المنال ، لكن معظم المراقبين يتفقون على أن الحياة تشتمل على صفات معينة بالإضافة إلى القدرة على التكرار. على سبيل المثال ، الكيان الحي في حالة يحدها الميلاد والموت. يُعتقد أيضًا أن الكائنات الحية تتطلب درجة من الاستقلالية الكيميائية الحيوية ، حيث تقوم بالأنشطة الأيضية التي تنتج الجزيئات والطاقة اللازمة للحفاظ على الكائن الحي. هذا المستوى من الاستقلالية ضروري لمعظم التعاريف.

ومع ذلك ، فإن الفيروسات تتطفل بشكل أساسي على جميع جوانب الحياة الجزيئية الحيوية. أي أنها تعتمد على الخلية المضيفة للحصول على المواد الخام والطاقة اللازمة لتخليق الحمض النووي وتخليق البروتين ومعالجته ونقله وجميع الأنشطة الكيميائية الحيوية الأخرى التي تسمح للفيروس بالتكاثر والانتشار. قد يستنتج المرء بعد ذلك أنه على الرغم من أن هذه العمليات تخضع لتوجيه فيروسي ، فإن الفيروسات ببساطة هي طفيليات غير حية لأنظمة التمثيل الغذائي الحية. لكن قد يوجد طيف بين ما هو بالتأكيد على قيد الحياة وما هو غير موجود.

الصخرة ليست حية. كما أن الكيس النشط الأيضي ، والخالي من المواد الوراثية وإمكانية التكاثر ، ليس على قيد الحياة أيضًا. ومع ذلك ، فإن البكتيريا حية. على الرغم من أنها خلية واحدة ، إلا أنها يمكن أن تولد الطاقة والجزيئات اللازمة للحفاظ على نفسها ، ويمكنها التكاثر. لكن ماذا عن البذرة؟ قد لا تعتبر البذرة حية. ومع ذلك ، فإنها تنطوي على إمكانات للحياة ، وقد يتم تدميرها. في هذا الصدد ، تشبه الفيروسات البذور أكثر من الخلايا الحية. لديهم إمكانات معينة ، والتي يمكن القضاء عليها ، لكنهم لا يصلون إلى حالة الحياة الأكثر استقلالية.

طريقة أخرى للتفكير في الحياة هي كونها خاصية ناشئة لمجموعة من الأشياء غير الحية. كل من الحياة والوعي هما مثالان على الأنظمة المعقدة الناشئة. تتطلب كل منها مستوى حرجًا من التعقيد أو التفاعل لتحقيق حالاتها الخاصة. الخلايا العصبية في حد ذاتها ، أو حتى في شبكة من الأعصاب ، ليست واعية و [مدش] يتطلب تعقيد الدماغ. ومع ذلك ، فحتى دماغ الإنسان السليم يمكن أن يكون حيًا بيولوجيًا ولكنه غير قادر على الوعي ، أو "ميتًا". وبالمثل ، لا توجد الجينات أو البروتينات الفردية الخلوية أو الفيروسية في حد ذاتها على قيد الحياة. تشبه الخلية المستأصلة حالة كونها غير دماغية ، من حيث أنها تفتقر إلى تعقيد نقدي كامل. الفيروس ، أيضًا ، يفشل في الوصول إلى تعقيد حرج. لذا فإن الحياة نفسها هي حالة منبثقة ومعقدة ، ولكنها مصنوعة من نفس اللبنات الأساسية والمادية التي تشكل الفيروس. من هذا المنظور ، قد يُنظر إلى الفيروسات ، على الرغم من أنها ليست حية بشكل كامل ، على أنها أكثر من مجرد مادة خاملة: فهي تقترب من الحياة.

في الواقع ، أعلن باحثون فرنسيون في أكتوبر عن نتائج توضح من جديد مدى اقتراب بعض الفيروسات. أعلن ديدييه راولت وزملاؤه في جامعة البحر الأبيض المتوسط ​​في مرسيليا أنهم قاموا بتسلسل جينوم أكبر فيروس معروف ، Mimivirus ، الذي تم اكتشافه في عام 1992. الفيروس ، الذي يماثل حجم بكتيريا صغيرة ، يصيب الأميبات. كشف تحليل تسلسل الفيروس عن العديد من الجينات التي كان يعتقد سابقًا أنها موجودة فقط في الكائنات الخلوية. تشارك بعض هذه الجينات في صنع البروتينات المشفرة بواسطة الحمض النووي الفيروسي وقد تسهل على Mimivirus اختيار أنظمة تكاثر الخلايا المضيفة. كما أشار فريق البحث في تقريره بالمجلة علم، التعقيد الهائل لـ Mimivirus & rsquos التكميلي الوراثي & ldquochallenges الحدود الراسخة بين الفيروسات والكائنات الخلوية الطفيلية. & rdquo

التأثير على التطور
تؤدي النقاشات حول ما إذا كان ينبغي تصنيف الفيروسات على أنها حية بشكل طبيعي إلى سؤال آخر: هل التأمل في مكانة الفيروسات على أنها حية أو غير حية أكثر من مجرد تمرين فلسفي ، وهو أساس نقاش خطابي نشط وساخن ولكن مع القليل من النتائج الحقيقية؟ أعتقد أن القضية يكون مهم ، لأن الطريقة التي ينظر بها العلماء إلى هذا السؤال تؤثر على تفكيرهم في آليات التطور.

للفيروسات تاريخ تطوري قديم خاص بها ، يرجع تاريخه إلى أصل الحياة الخلوية. على سبيل المثال ، بعض إنزيمات الإصلاح الفيروسي و mdash التي تستأصل الحمض النووي التالف وتعيد تركيبه ، وتعالج الضرر الجذري للأكسجين ، وما إلى ذلك & mdash هي فريدة من نوعها لبعض الفيروسات وقد وجدت دون تغيير تقريبًا على الأرجح لمليارات السنين.

ومع ذلك ، يعتقد معظم علماء الأحياء التطورية أنه نظرًا لأن الفيروسات ليست على قيد الحياة ، فإنها لا تستحق التفكير الجاد عند محاولة فهم التطور. كما أنهم ينظرون إلى الفيروسات على أنها قادمة من جينات مضيفة نجت بطريقة ما من المضيف واكتسبت غلافًا بروتينيًا. من وجهة النظر هذه ، تعد الفيروسات جينات مضيفة هاربة تحولت إلى طفيليات. ومع استبعاد الفيروسات من شبكة الحياة ، قد لا يتم التعرف على المساهمات المهمة التي قد تكون قدمتها لأصل الأنواع والحفاظ على الحياة. (في الواقع ، أربعة فقط من 1،205 صفحات من مجلد عام 2002 موسوعة التطور مكرسة للفيروسات.)

بالطبع ، لا ينكر علماء الأحياء التطورية أن للفيروسات دورًا ما في التطور. لكن من خلال النظر إلى الفيروسات على أنها غير حية ، يضعها هؤلاء الباحثون في نفس فئة التأثيرات مثل تغير المناخ ، على سبيل المثال. تنتقي مثل هذه التأثيرات الخارجية من بين الأفراد الذين لديهم سمات متنوعة يتم التحكم فيها وراثيًا ، هؤلاء الأفراد الأكثر قدرة على البقاء والازدهار عند مواجهة هذه التحديات يستمرون في التكاثر بنجاح ، وبالتالي نشر جيناتهم إلى الأجيال القادمة.

لكن الفيروسات تتبادل المعلومات الجينية مباشرة مع الكائنات الحية و [مدش] أي داخل شبكة الحياة نفسها. من المفاجآت المحتملة لمعظم الأطباء ، وربما لمعظم علماء الأحياء التطورية أيضًا ، أن معظم الفيروسات المعروفة ثابتة وغير ضارة وليست مسببة للأمراض. تأخذ الإقامة في الخلايا ، حيث قد تظل نائمة لفترات طويلة أو تستفيد من الخلايا وجهاز النسخ المتماثل للتكاثر بمعدل بطيء وثابت. لقد طورت هذه الفيروسات العديد من الطرق الذكية لتجنب اكتشافها من قبل الجهاز المناعي المضيف و [مدش] يمكن تغيير كل خطوة في عملية المناعة أو التحكم فيها بواسطة جينات مختلفة موجودة في فيروس واحد أو آخر.

علاوة على ذلك ، يمكن لجينوم الفيروس (المكمل الكامل للحمض النووي أو الحمض النووي الريبي) أن يستعمر مضيفه بشكل دائم ، مضيفًا الجينات الفيروسية إلى السلالات المضيفة ويصبح في النهاية جزءًا مهمًا من الأنواع المضيفة وجينوم rsquo. لذلك ، من المؤكد أن للفيروسات تأثيرات أسرع وأكثر مباشرة من تأثيرات القوى الخارجية التي تختار ببساطة من بين الاختلافات الجينية الداخلية التي تتولد ببطء أكبر. إن العدد الهائل من الفيروسات ، جنبًا إلى جنب مع معدلات التكاثر والطفرات السريعة ، يجعلها المصدر الرئيسي للابتكار الجيني في العالم: فهي تخترع باستمرار جينات جديدة. وقد تنتقل الجينات الفريدة ذات الأصل الفيروسي لتجد طريقها إلى الكائنات الحية الأخرى وتساهم في التغيير التطوري.

تشير البيانات التي نشرها الاتحاد الدولي لتسلسل الجينوم البشري إلى أن ما بين 113 و 223 جينًا موجودًا في البكتيريا وفي الجينوم البشري غائب في الكائنات الحية المدروسة جيدًا و [مدش] مثل الخميرة خميرة الخميرةذبابة الفاكهة ذبابة الفاكهة سوداء البطن والديدان الخيطية أنواع معينة انيقة& mdasht التي تقع بين هذين النقيضين التطوريين. يعتقد بعض الباحثين أن هذه الكائنات ، التي نشأت بعد البكتيريا ولكن قبل الفقاريات ، فقدت ببساطة الجينات المعنية في مرحلة ما من تاريخها التطوري. اقترح آخرون أن هذه الجينات قد تم نقلها مباشرة إلى سلالة الإنسان عن طريق غزو البكتيريا.

اقترحت أنا وزميلي فيكتور ديفيليبس من معهد اللقاحات والعلاج الجيني في جامعة أوريغون للصحة والعلوم بديلاً ثالثًا: قد تنشأ الفيروسات الجينات ، ثم تستعمر سلالتين مختلفتين و [مدش] ، على سبيل المثال ، البكتيريا والفقاريات. يبدو أن الجين الذي منحته البكتيريا للبشرية قد يكون قد أعطاه الفيروس لكليهما.

في الواقع ، جنبًا إلى جنب مع باحثين آخرين ، أنا و فيليب بيل من جامعة ماكواري في سيدني ، أستراليا ، أكدت أن نواة الخلية نفسها من أصل فيروسي. لا يمكن تفسير ظهور النواة و [مدش] التي تميز حقيقيات النوى (الكائنات الحية التي تحتوي خلاياها على نواة حقيقية) ، بما في ذلك البشر ، من بدائيات النوى ، مثل البكتيريا و [مدش] بشكل مرضٍ فقط من خلال التكيف التدريجي للخلايا بدائية النواة حتى تصبح حقيقية النواة. بدلاً من ذلك ، قد تكون النواة قد تطورت من فيروس دنا كبير مستمر جعل منزلًا دائمًا داخل بدائيات النوى. يأتي بعض الدعم لهذه الفكرة من بيانات التسلسل التي تُظهر أن الجين الخاص ببوليميراز الحمض النووي (إنزيم نسخ الحمض النووي) في الفيروس المسمى T4 ، والذي يصيب البكتيريا ، يرتبط ارتباطًا وثيقًا بجينات بوليميريز الحمض النووي الأخرى في كل من حقيقيات النوى والفيروسات التي تصيبها. قام باتريك فورتيري من جامعة باريس سود أيضًا بتحليل الإنزيمات المسؤولة عن تكرار الحمض النووي وخلص إلى أن جينات مثل هذه الإنزيمات في حقيقيات النوى ربما يكون لها أصل فيروسي.

من الكائنات الحية وحيدة الخلية إلى البشر ، تؤثر الفيروسات على جميع أشكال الحياة على الأرض ، وغالبًا ما تحدد ما سيبقى على قيد الحياة. لكن الفيروسات نفسها تتطور أيضًا. قد تكون الفيروسات الجديدة ، مثل فيروس HIV-1 المسبب لمرض الإيدز ، هي الكيانات البيولوجية الوحيدة التي يمكن للباحثين أن يشهدوا ظهورها بالفعل ، مما يوفر مثالًا في الوقت الحقيقي للتطور أثناء العمل.

الفيروسات مهمة للحياة. إنها الحدود المتغيرة باستمرار بين عوالم الأحياء والكيمياء الحيوية. مع استمرارنا في الكشف عن جينومات المزيد والمزيد من الكائنات الحية ، يجب أن تصبح المساهمات من هذا التجمع الجيني الديناميكي والقديم واضحة. تأمل سلفادور لوريا الحائز على جائزة نوبل في التأثير الفيروسي على التطور في عام 1959. & ldquo ربما لا نشعر ، & rdquo كتب ، & ldquot أنه في الفيروس ، في اندماجها مع الجينوم الخلوي والعودة منها ، نلاحظ الوحدات والعملية التي ، في وبغض النظر عما إذا كنا نعتبر الفيروسات حية أم لا ، فقد حان الوقت للاعتراف بها ودراستها في سياقها الطبيعي وداخل شبكة الحياة.


شاهد الفيديو: الكوكايين في الطاكسي (أغسطس 2022).