Informations

W2017_Lecture_12_reading - Biologie

W2017_Lecture_12_reading - Biologie


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.

ATP

Un autre composé chimique avec lequel nous devons nous familiariser est l'adénosine triphospate (ATP). Le rôle cellulaire principal de l'ATP est celui d'un dispositif de transfert d'énergie « à court terme » pour la cellule. Les réactions d'hydrolyse qui libèrent un ou plusieurs phosphates de l'ATP sont exergoniques et de très nombreuses protéines cellulaires ont évolué pour interagir avec l'ATP de manière à faciliter le transfert d'énergie de l'hydrolyse vers une myriade d'autres fonctions cellulaires. Nous verrons de nombreux exemples d'ATP "à l'œuvre" dans la cellule - soyez à l'affût d'eux et, lorsque vous les voyez, essayez de les considérer comme des exemples fonctionnels d'utilisations de l'ATP par la Nature que vous pourriez voir dans une autre réaction ou le contexte.

Structure et fonction de l'ATP

Au cœur de l'ATP se trouve le nucléotide adénosine monophosphate (AMP). Comme les autres nucléotides, l'AMP est composé d'une base azotée (une molécule d'adénine) liée à une molécule de ribose et à un seul groupe phosphate. L'ajout d'un second groupe phosphate à cette molécule centrale entraîne la formation d'adénosine diphosphate (ADP) ; l'ajout d'un troisième groupe phosphate forme l'adénosine triphosphate (ATP).

L'ATP (adénosine triphosphate) possède trois groupes phosphate qui peuvent être éliminés par hydrolyse pour former l'ADP (adénosine diphosphate) ou l'AMP (adénosine monophosphate).

Les phosphorylation ou la condensation de groupes phosphate sur l'AMP est un processus endergonique. En revanche, l'hydrolyse d'un ou deux groupes phosphate de l'ATP, un processus appelé déphosphorylation, est exergonique. Pourquoi? Rappelons que les termes endergonique et exergonique font référence au signe sur la différence d'énergie libre d'une réaction entre les produits et les réactifs, ΔG. Dans ce cas, nous attribuons explicitement une direction à la réaction, soit dans la direction de la phosphorylation, soit dans la déphosphorylation du nucléotide. Dans la réaction de phosphorylation, les réactifs sont le nucléotide et un phosphate inorganique tandis que les produits sont un nucléotide phosphorylé et de l'EAU. Dans la réaction de déphosphorylation/hydrolyse, les réactifs sont le nucléotide phosphorylé et l'EAU tandis que les produits sont le phosphate inorganique et le nucléotide moins un phosphate.

Puisque l'énergie libre de Gibbs est une fonction d'état, peu importe comment la réaction se produit, vous considérez simplement les états de début et de fin. Examinons donc par exemple l'hydrolyse de l'ATP. Les réactifs ATP et eau sont caractérisés par leur constitution atomique et les types de liaisons entre les atomes constitutifs et une certaine énergie libre peuvent être associés à chacune des liaisons et leurs configurations possibles - de même pour les produits. Si nous examinons la réaction du point de vue des produits et des réactifs et demandons « comment pouvons-nous recombiner des atomes et des liaisons dans les réactifs pour obtenir les produits ? », nous constatons qu'une liaison phosphoanhydride entre un oxygène et un phosphore doit être rompue dans le L'ATP, une liaison entre un oxygène et un hydrogène rompu dans l'eau, une liaison faite entre l'OH (qui provient de la séparation de l'eau) et le phosphore (issu du PO3-2 libéré), et une liaison doit se former entre le H (dérivé de la division de l'eau), et l'oxygène terminal sur le nucléotide phosphorylé. C'est la somme des énergies associées à tous ces réarrangements de liaisons (y compris ceux directement associés à l'eau) qui rendent cette réaction exergonique. Une analyse similaire pourrait être faite avec la réaction inverse.

Exercice possible

Utilisez la figure de l'ATP ci-dessus et votre connaissance de ce à quoi ressemble une molécule d'eau pour dessiner une figure des étapes de réaction décrites ci-dessus : rupture de la liaison phosphoanhydride, rupture de l'eau et formation de nouvelles liaisons pour former l'ADP et le phosphate inorganique. Suivez les atomes de différentes couleurs si cela vous aide.

Y a-t-il quelque chose de spécial dans les liaisons spécifiques impliquées dans ces molécules ? Beaucoup est fait dans divers textes sur les types de liaisons entre les phosphates de l'ATP. Certes, les propriétés des liaisons de l'ATP aident à définir l'énergie libre et la réactivité de la molécule. Cependant, bien qu'il soit approprié d'appliquer des concepts tels que la densité de charge et la disponibilité des structures de résonance à cette discussion, trotter ces termes comme une « explication » sans une compréhension approfondie de la façon dont ces facteurs influencent l'énergie libre des réactifs est un type particulier de des gestes de la main dans lesquels nous préférons ne pas nous engager. La plupart des étudiants de BIS2A n'ont eu aucune chimie universitaire et ceux qui en ont n'ont probablement pas discuté de ces termes de manière significative. Donc, essayer d'expliquer le processus en utilisant les idées ci-dessus ne ferait que donner une fausse impression de compréhension, aurait tendance à attribuer une certaine qualité mystique à l'ATP et ce sont des liens "spéciaux" qui n'existent pas, et détourneraient l'attention du point réel, que la réaction d'hydrolyse est exergonique à cause des propriétés de l'ATP mais AUSSI à cause des propriétés chimiques de l'eau et celles des produits de la réaction. Pour cette classe, il suffit de savoir que des physiciens-chimistes dédiés étudient toujours le processus d'hydrolyse de l'ATP en solution et dans le contexte des protéines et qu'ils essaient toujours de rendre compte des composants enthalpiques et entropiques clés des énergies libres des composants. Nous devrons simplement accepter un certain degré d'ignorance chimique mécaniste et nous contenter d'une description des propriétés thermodynamiques grossières. Ce dernier est parfaitement suffisant pour avoir des discussions approfondies sur la biologie pertinente.

Obligations « haute énergie »

Qu'en est-il du terme « liaison à haute énergie » que nous entendons si souvent associé à l'ATP ? S'il n'y a rien de « spécial » dans les liaisons de l'ATP, pourquoi entendons-nous toujours le terme « liaisons à haute énergie » associé à la molécule ? La réponse est d'une simplicité trompeuse. En biologie, le terme "liaison à haute énergie" est utilisé pour décrire une réaction exergonique impliquant l'hydrolyse de la liaison en question qui entraîne une "grande" variation négative de l'énergie libre. N'oubliez pas que ce changement d'énergie libre n'a pas seulement à voir avec la liaison en question, mais plutôt la somme de tous les réarrangements de liaison dans la réaction. Qu'est-ce qui constitue un grand changement? Ceci, semble-t-il, est une affectation plutôt arbitraire qui est généralement associée à une quantité d'énergie associée aux types de réactions anaboliques que nous observons généralement en biologie. S'il y a quelque chose de spécial dans les liaisons de l'ATP, ce n'est pas uniquement lié à l'énergie libre de l'hydrolyse, car il existe de nombreuses autres liaisons dont l'hydrolyse entraîne des différences négatives plus importantes dans l'énergie libre.

L'énergie libre d'hydrolyse de différents types de liaisons peut être comparée à celle de l'hydrolyse de l'ATP. Source : http://biowiki.ucdavis.edu/Biochemistry/Oxidation_and_Phosphorylation/ATP_and_Oxidative_Phosphorylation/Properties_of_ATP

Vidéo sur les porteurs d'électrons et d'électrons/protons

Pour une vidéo YouTube de 7 minutes sur le rôle des transporteurs dans la respiration, cliquez ici.

Le cyclisme des piscines ATP

Les estimations du nombre de molécules d'ATP dans une cellule humaine typique vont de ~ 3x107 (~5x10-17 moles d'ATP/cellule) dans un globule blanc à 5x109 (~9x10-15 moles d'ATP/cellule) dans une cellule cancéreuse active. Bien que ces chiffres puissent sembler importants et déjà étonnants, considérez qu'il est estimé que ce pool d'ATP se transforme (devient ADP puis redevient ATP) 1,5 fois par minute. L'extension de cette analyse donne l'estimation que ce chiffre d'affaires quotidien équivaut à peu près à l'équivalent d'un poids corporel d'ATP transformé par jour. C'est-à-dire que si aucun renouvellement/recyclage de l'ATP ne se produisait, il faudrait 1 poids corporel d'ATP pour que le corps humain fonctionne - d'où notre caractérisation précédente de l'ATP en tant que dispositif de transfert d'énergie "à court terme" pour la cellule.

Alors que le pool d'ATP/ADP peut être recyclé, une partie de l'énergie qui est transférée dans les nombreuses conversions entre l'ATP, l'ADP et d'autres biomolécules est également transférée dans l'environnement. Afin de maintenir les réserves d'énergie cellulaire, l'énergie doit également être transférée de l'environnement. D'où vient cette énergie ? La réponse dépend beaucoup de l'endroit où l'énergie est disponible et des mécanismes que la nature a mis au point pour transférer l'énergie de l'environnement aux vecteurs moléculaires comme l'ATP. Dans presque tous les cas, cependant, le mécanisme de transfert a évolué pour inclure une certaine forme de chimie redox. Dans cette section et dans les sections qui suivent, nous nous intéressons à l'apprentissage de quelques exemples critiques de transfert d'énergie de l'environnement, des principaux types de réactions chimiques et biologiques impliquées dans ce processus, et de certaines réactions biologiques clés et composants cellulaires associés au flux d'énergie entre différentes parties de le système vivant. Nous nous intéressons d'abord aux réactions impliquées dans la (re)génération d'ATP dans la cellule (pas celles impliquées dans la création du nucléotide en soi mais plutôt celles associées au transfert des phosphates sur l'AMP et l'ADP).

Lien vidéo

Pour une explication plus détaillée de l'ATP et de la façon dont cette molécule stocke l'énergie, regardez cette vidéo (10 minutes) en cliquant ici.

Comment les cellules génèrent-elles de l'ATP ?

Une variété de mécanismes ont émergé au cours des 3,25 milliards d'années d'évolution pour créer l'ATP à partir de l'ADP et de l'AMP. La plupart de ces mécanismes sont des modifications sur deux thèmes : la synthèse directe d'ATP ou la synthèse indirecte d'ATP avec deux mécanismes de base appelés respectivement Phosphorylation au niveau du substrat (SLP) et la phosphorylation oxydative. Ces sujets sont suffisamment importants pour être discutés en détail dans les prochains modules. Qu'il suffise de dire que les deux mécanismes reposent sur des réactions biochimiques qui transfèrent l'énergie d'une source d'énergie à l'ADP ou à l'AMP, pour synthétiser l'ATP.

Glycolyse : un aperçu

Les organismes, qu'ils soient unicellulaires ou multicellulaires, doivent trouver des moyens d'obtenir au moins deux éléments clés de leur environnement : (1) de la matière ou des matières premières pour maintenir une cellule et construire de nouvelles cellules et (2) de l'énergie pour aider à rester en vie. et se reproduire. L'énergie et les matières premières peuvent provenir de différents endroits. Par exemple, les organismes qui récupèrent principalement l'énergie de la lumière du soleil obtiendront des matières premières pour construire des biomolécules à partir de sources comme le CO2. Par contrat, certains organismes s'appuient sur des réactions redox avec de petites molécules et/ou des métaux réduits pour produire de l'énergie et obtiennent leurs matières premières pour construire des biomolécules à partir de composés non connectés à la source d'énergie. Pendant ce temps, certains organismes (y compris nous-mêmes) ont évolué pour obtenir de l'énergie ET des matières premières pour la construction et l'entretien cellulaire à partir de sources parfois associées.

La glycolyse est la première voie métabolique discuté dans BIS2A - une voie métabolique est une série de réactions biochimiques liées. En raison de son ubiquité en biologie, il est émis l'hypothèse que la glycolyse était probablement l'une des premières voies métaboliques à évoluer (nous en parlerons plus tard). La glycolyse est une voie métabolique en 10 étapes centrée sur le traitement du glucose à la fois pour l'extraction d'énergie à partir d'un carburant chimique et pour le traitement des carbones du glucose en diverses autres biomolécules (dont certaines sont des précurseurs clés de nombreuses biomolécules beaucoup plus complexes). Notre étude de la glycolyse devrait et sera donc examinée à l'aide des préceptes décrits dans la rubrique du défi énergétique qui nous demandent de considérer formellement ce qui arrive à la fois à la matière et à l'énergie dans ce processus en plusieurs étapes.

L'histoire de l'énergie et le défi du design

Notre enquête sur la glycolyse est une bonne occasion d'examiner un processus biologique en utilisant à la fois l'histoire de l'énergie et les rubriques et perspectives du défi de conception.

La rubrique du défi de conception tentera de vous amener à réfléchir activement aux raisons pour lesquelles nous étudions cette voie, de manière générale et spécifique. Qu'est-ce qui est si important à ce sujet ? Quels « problèmes » l'évolution d'une voie glycolytique permet-elle à la vie de résoudre ou de surmonter ? Nous voudrons également réfléchir à d'autres moyens de résoudre les mêmes problèmes et pourquoi ils peuvent ou non avoir évolué. Plus tard, nous examinerons une hypothèse sur la façon dont cette voie - et d'autres voies liées - ont pu réellement évoluer et réfléchir à des stratégies alternatives pour satisfaire diverses contraintes s'avérera alors utile.

Dans le contexte de l'histoire de l'énergie, nous vous demanderons de réfléchir à la glycolyse comme un processus dont on peut tirer quelque chose en analysant ce qui arrive à la fois à la matière et à l'énergie. C'est-à-dire que même s'il s'agit d'une voie biochimique en 10 étapes, nous proposons qu'un aperçu puisse être appris en examinant attentivement le processus en tant qu'ensemble d'entrées et de sorties de matière et d'énergie, un processus avec un début et une fin.

Alors qu'est-ce que la glycolyse? Commençons à le découvrir.

Les 10 réactions biochimiques de la glycolyse. Les enzymes sont étiquetées en bleu. La structure de chaque composé dérivé du sucre est représentée sous forme de modèle moléculaire - d'autres réactifs et produits peuvent être abrégés (par exemple, ATP, NAD+, etc.). L'encadré entourant la réaction catalysée par la glycéraldéhyde 3-phosphate déshydrogénase indique que cette réaction présente un intérêt particulier dans le déroulement. Attribution : Marc T. Facciotti (Oeuvre originale)

TABLEAU 1: Enzymes Glycolytiques
EnzymeÉtapeG/(kJ/mol)G°'/(kJ/mol)
Hexokinase1-34-16.7
Phosphoglucose isomérase2-2.91.67
Phosphofructokinase3-19-14.2
Fructose-bisphosphate aldolase4-0.2323.9
Triose phosphate isomérase52.47.56
Glycéraldéhyde 3-phosphate déshydrogénase6-1.296.30
Phosphoglycérate kinase70.09-18.9
Phosphoglycérate mutase80.834.4
Enolase91.11.8
Pyruvate kinase10-23.0-31.7
Les mesures de l'énergie à l'état standard (ΔG°'/(kJ/mol)) comparées aux mesures prises à partir d'une cellule vivante (ΔG/(kJ/mol)). Dans des conditions de température et de pression constantes (ΔG°'/(kJ/mol)), des réactions se produiront dans le sens conduisant à une diminution de la valeur de l'énergie libre de Gibbs. Les mesures cellulaires de G peuvent être radicalement différentes des mesures de ΔG°' en raison des conditions cellulaires, telles que les concentrations de métabolites pertinents, etc. Il y a trois grandes baisses négatives de ΔG dans la cellule en cours de glycolyse. Ces réactions sont considérées comme irréversibles et font souvent l'objet d'une réglementation.

Dans l'ensemble, la voie glycolytique se compose de 10 étapes catalysées par des enzymes. L'entrée principale dans cette voie est une seule molécule de glucose, bien que nous découvrions que les molécules peuvent entrer et sortir de cette voie à différentes étapes. Nous concentrerons notre attention sur (1) les conséquences du processus global (2) plusieurs réactions clés qui mettent en évidence des types importants de principes biochimiques et biochimiques que nous voudrons appliquer à d'autres contextes et (3) des destins alternatifs des intermédiaires et des produits de cette voie.

Notez pour référence que la glycolyse est un anaérobie processus, il n'y a aucune exigence d'oxygène moléculaire dans la glycolyse (l'oxygène gazeux n'est un réactif dans aucune des réactions chimiques de la glycolyse). La glycolyse se produit dans le cytosol ou cytoplasme de cellules. Pour une courte vidéo YouTube de présentation de la glycolyse (3 minutes), cliquez ici.

Première moitié de la glycolyse : Phase d'investissement énergétique

Les premières étapes de la glycolyse sont généralement appelées « phase d'investissement énergétique » de la voie. Ceci, cependant, n'a pas beaucoup de sens intuitif (dans le cadre d'un défi de conception, on ne sait pas quel problème cet investissement énergétique résout) si l'on considère seulement la glycolyse comme une voie "productrice d'énergie" et jusqu'à ce que ces étapes de glycolyse soient replacé dans un contexte métabolique plus large. Nous essaierons de construire cette histoire au fur et à mesure. Pour l'instant, rappelez-vous simplement que nous avons mentionné que certaines des premières étapes sont souvent associées à des investissements énergétiques et à des idées telles que le « piégeage » et « l'engagement » qui sont notés dans la figure ci-dessous.

Étape 1 de la glycolyse :

La première étape de la glycolyse illustrée ci-dessous est catalysée par l'hexokinase (enzyme 1 dans la figure ci-dessous), une enzyme à large spécificité qui catalyse la phosphorylation des sucres à six carbones. L'hexokinase catalyse la phosphorylation du glucose, où le glucose et l'ATP sont des substrats pour la réaction, produisant une molécule de glucose-6-phosphate et d'ADP en tant que produits.

La première moitié de la glycolyse est appelée phase d'investissement énergétique. Dans cette phase, la cellule dépense deux ATP dans les réactions. Facciotti (œuvre originale)

Discussion suggérée

Le paragraphe ci-dessus indique que l'enzyme hexokinase a une "large spécificité". Cela signifie qu'il peut catalyser des réactions avec différents sucres - pas seulement le glucose. D'un point de vue moléculaire, pouvez-vous expliquer pourquoi cela pourrait être le cas ? Cela remet-il en cause votre conception de la spécificité enzymatique ? Si vous recherchez le terme « promiscuité enzymatique » sur Google (ne vous inquiétez pas, c'est sans danger pour le travail), cela vous donne-t-il une appréciation plus large de la sélectivité et de l'activité des enzymes ?

La conversion du glucose en glucose-6-phosphate chargé négativement réduit considérablement la probabilité que le glucose phosphorylé quitte la cellule par diffusion à travers l'intérieur hydrophobe de la membrane plasmique. Il "marque" également le glucose d'une manière qui le marque efficacement pour plusieurs destins possibles différents (voir la figure ci-dessous).

Notez que ce chiffre indique que le glucose-6-phosphate peut, selon les conditions cellulaires, être dirigé vers de multiples destins. Bien qu'il soit un composant de la voie glycolytique, il n'est pas seulement impliqué dans la glycolyse mais aussi dans le stockage d'énergie sous forme de glycogène (CYAN) et dans la construction de diverses autres molécules comme les nucléotides (RED).
Source : Marc T. Facciotti (œuvre originale)

Comme l'indique la figure ci-dessus, la glycolyse n'est qu'un des destins possibles du glucose-6-phosphate (G6P). Selon les conditions cellulaires, le G6P peut être détourné vers la biosynthèse du glycogène (une forme de stockage d'énergie) ou il peut être détourné vers la voie des pentoses phosphates pour la biosynthèse de diverses biomolécules, y compris les nucléotides. Cela signifie que le G6P, bien qu'il soit impliqué dans la voie glycolytique, n'est pas uniquement marqué pour l'oxydation à cette phase. Peut-être que montrer le contexte plus large dans lequel cette molécule est impliquée (en plus de la justification selon laquelle le marquage du glucose avec un phosphate diminue la probabilité qu'il quitte la cellule) aide à expliquer l'apparemment contradictoire (si vous ne considérez que la glycolyse comme une "énergie production») raison du transfert d'énergie de l'ATP sur le glucose s'il ne doit être oxydé que plus tard - c'est-à-dire que le glucose n'est pas seulement utilisé par la cellule pour récolter de l'énergie et plusieurs autres voies métaboliques dépendent du transfert du groupe phosphate.

Étape 2 de la glycolyse :

Dans la deuxième étape de la glycolyse, un isomérase catalyse la conversion du glucose-6-phosphate en l'un de ses isomères, le fructose-6-phosphate. Un isomérase est une enzyme qui catalyse la conversion d'une molécule en l'un de ses isomères.

Étape 3 de la glycolyse :

La troisième étape de la glycolyse est la phosphorylation du fructose-6-phosphate, catalysée par l'enzyme phosphofructokinase. Une deuxième molécule d'ATP donne un phosphate au fructose-6-phosphate, produisant du fructose-1,6-bisphosphate et ADP en tant que produits. Dans cette voie, la phosphofructokinase est une enzyme limitante et son activité est étroitement régulée. Il est allostériquement activé par l'AMP lorsque les concentrations d'AMP sont élevées et modérément allostériquement inhibées par l'ATP au même site. Le citrate - un composé dont nous parlerons bientôt - agit également comme un allostérique régulateur de cette enzyme. De cette façon, la phosphofructokinase surveille ou détecte les indicateurs moléculaires de l'état énergétique des cellules et peut en réponse agir comme un interrupteur qui active ou désactive le flux de substrat à travers le reste de la voie métabolique selon qu'il y a « suffisamment » d'ATP. relatif dans le système. La conversion du fructose-6-phosphate en fructose 1,6-bisphosphate est parfois désignée comme une étape d'engagement de la cellule à l'oxydation de la molécule dans le reste de la voie glycolytique en créant un substrat pour et en aidant à conduire énergétiquement le prochaine étape hautement endergonique (dans des conditions standard) de la voie.

Discussion suggérée

Nous avons discuté de la régulation allostérique d'une enzyme dans les modules précédents, mais nous l'avons fait dans un contexte où l'enzyme était « seule ». Considérons maintenant l'enzyme dans le contexte d'une ou de plusieurs voies métaboliques étendues. Pouvez-vous maintenant exprimer pourquoi la régulation allostérique est importante sur le plan fonctionnel et comment elle peut être utilisée pour réguler le flux de composés à travers une voie ? Essayez de vous exprimer.

Étape 4 de glycolyse :

Dans la quatrième étape de la glycolyse, une enzyme, la fructose-bisphosphate aldolase, clive le 1,6-bisphosphate en deux isomères à trois carbones : le dihydroxyacétone-phosphate et le glycéraldéhyde-3-phosphate.

Deuxième mi-temps : phase de retour sur l'énergie

Considérée en l'absence d'autres voies métaboliques, la glycolyse a jusqu'à présent coûté à la cellule deux molécules d'ATP et produit deux petites molécules de sucre à trois carbones : le dihydroxyacétone-phosphate (DAP) et le glycéraldéhyde-3-phosphate (G3P). Considéré dans un contexte plus large, cet investissement d'énergie pour produire une variété de molécules pouvant être utilisées dans une variété d'autres voies ne semble pas être un si mauvais investissement.

Le DAP et le G3P peuvent passer par la seconde moitié de la glycolyse. Examinons maintenant ces réactions.

La seconde moitié de la glycolyse s'appelle la phase de retour d'énergie. Dans cette phase, la cellule acquiert deux composés ATP et 2 composés NADH. A la fin de cette phase, le glucose s'est partiellement oxydé pour former du pyruvate. Facciotti (œuvre originale).

Étape 5 de la glycolyse :

Dans la cinquième étape de la glycolyse, une isomérase transforme le dihydroxyacétone-phosphate en son isomère, le glycéraldéhyde-3-phosphate. Le glucose à 6 carbones a donc maintenant été converti en deux molécules phosphorylées à 3 carbones de G3P.

Étape 6 de la glycolyse :

La sixième étape est la clé et celle à partir de laquelle nous pouvons maintenant tirer parti de notre compréhension des différents types de réactions chimiques que nous avons étudiés jusqu'à présent. Si vous êtes concentré sur l'énergie, c'est finalement une étape de glycolyse où une partie du sucre réduit est oxydé. La réaction est catalysée par l'enzyme glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase. Cette enzyme catalyse une réaction en plusieurs étapes entre trois substrats, le glycéraldéhyde-3-phosphate, le cofacteur NAD+, et le phosphate inorganique (Pje) et produit trois produits 1,3-bisphosphoglycérate, NADH et H+. On peut considérer cette réaction comme deux réactions : (1) une oxydation/réduction et (2) une réaction de condensation dans laquelle un phosphate inorganique est transféré sur une molécule. Dans ce cas particulier, la réaction redox (un transfert d'électrons hors de G3P et sur NAD+ est exergonique et le transfert de phosphate se trouve être endergonique. Le net la norme le changement d'énergie libre oscille autour de zéro - nous en reparlerons plus tard. L'enzyme, ici, agit comme un couplage agent pour coupler l'énergétique de la réaction exergonique à celle de la réaction endergonique, faisant ainsi avancer les deux. Ce processus se produit par un mécanisme à plusieurs étapes dans le site actif de l'enzyme et impliquant l'activité chimique d'une variété de groupes fonctionnels.

Il est important de noter que cette réaction dépend de la disponibilité de la forme oxydée du porteur d'électrons, NAD+. Si l'on considère qu'il existe un pool limitant de NAD+ nous pouvons alors conclure que la forme réduite du support (NADH) doit être oxydée en continu en NAD+ afin de poursuivre cette étape. Si NAD+ n'est pas disponible, la seconde moitié de la glycolyse ralentit ou s'arrête.

Étape 7 de la glycolyse :

La septième étape de la glycolyse, catalysée par la phosphoglycérate kinase (une enzyme nommée pour la réaction inverse), le 1,3-bisphosphoglycérate transfère un phosphate à l'ADP, formant une molécule d'ATP et une molécule de 3-phosphoglycérate. Cette réaction est exergonique et est également un exemple de phosphorylation au niveau du substrat.

Remarque : Discussion possible :

Si un transfert d'un phosphate du 1,3-BPG vers l'ADP est exergonique, qu'est-ce que cela dit de l'énergie libre d'hydrolyse du phosphate du 1,3-BPG par rapport à l'énergie libre d'hydrolyse du phosphate terminal sur l'ATP ?

Étape 8 de la glycolyse :

Dans la huitième étape, le groupe phosphate restant dans le 3-phosphoglycérate passe du troisième carbone au deuxième carbone, produisant du 2-phosphoglycérate (un isomère du 3-phosphoglycérate). L'enzyme catalysant cette étape est une mutase (isomérase).

Étape 9 de la glycolyse :

L'énolase catalyse la neuvième étape. Cette enzyme fait perdre de l'eau au 2-phosphoglycérate de sa structure; il s'agit d'une réaction de déshydratation, entraînant la formation d'une double liaison qui augmente l'énergie potentielle dans la liaison phosphate restante et produit du phosphoénolpyruvate (PEP).

Étape 10 de la glycolyse :

La dernière étape de la glycolyse est catalysée par l'enzyme pyruvate kinase (l'enzyme dans ce cas est nommée pour la réaction inverse de la conversion du pyruvate en PEP) et entraîne la production d'une deuxième molécule d'ATP par phosphorylation au niveau du substrat et le composé acide pyruvique (ou sa forme saline, le pyruvate). De nombreuses enzymes dans les voies enzymatiques portent le nom des réactions inverses, car l'enzyme peut catalyser à la fois des réactions directes et inverses (celles-ci peuvent avoir été décrites initialement par la réaction inverse qui a lieu in vitro, dans des conditions non physiologiques).

Résultats de la glycolyse

Quelques éléments à prendre en compte :

L'un des résultats clairs de la glycolyse est la biosynthèse de composés qui peuvent entrer dans une variété de voies métaboliques. De même, des composés provenant d'autres voies métaboliques peuvent alimenter la glycolyse à divers points. Ainsi, cette voie peut faire partie d'un échange central de flux de carbone au sein de la cellule.

Si la glycolyse est exécutée assez longtemps, l'oxydation constante du glucose avec le NAD+ peut quitter la cellule avec un problème; comment régénérer le NAD+ à partir des 2 molécules de NADH produites. Si le NAD+ n'est pas régénéré, tout le NAD de la cellule sera presque complètement transformé en NADH. Alors, comment les cellules régénèrent-elles le NAD+

Le pyruvate n'est pas complètement oxydé, il reste encore de l'énergie à extraire - comment cela peut-il se produire ? Aussi, que devrait faire la cellule avec tout ce NADH ? Y a-t-il de l'énergie à extraire ?

Noter: Discussion/exercice fortement suggéré :

Pouvez-vous écrire une histoire d'énergie pour le processus global de la glycolyse. Pour les termes énergétiques, il suffit de se soucier de décrire les choses en termes de savoir si elles sont exergoniques ou endergoniques. Quand je dis processus global, je veux dire processus global : le glucose doit être listé dans les réactifs et le pyruvate listé du côté produit de la flèche.

Phosphorylation au niveau du substrat (SLP)

La voie la plus simple pour synthétiser l'ATP est la phosphorylation au niveau du substrat. Les molécules d'ATP sont générées (c'est-à-dire régénérées à partir d'ADP) en conséquence directe d'une réaction chimique qui se produit dans les voies cataboliques. Un groupe phosphate est retiré d'un réactif intermédiaire dans la voie, et l'énergie libre de la réaction est utilisée pour ajouter le troisième phosphate à une molécule d'ADP disponible, produisant de l'ATP. Cette méthode très directe de phosphorylation est appelée la phosphorylation au niveau du substrat. Il peut être trouvé dans une variété de réactions cataboliques, notamment dans deux réactions spécifiques de la glycolyse (dont nous parlerons spécifiquement plus tard). Qu'il suffise de dire qu'il faut un intermédiaire de haute énergie dont l'oxydation est suffisante pour entraîner la synthèse d'ATP.

Phosphorylation du substrat dans la glycolyse. Voici un exemple de phosphorylation au niveau du substrat se produisant dans la glycolyse. Un transfert direct d'un groupe phosphate du composé carboné sur l'ADP pour former l'ATP. Facciotti (propre travail)

Dans cette réaction, les réactifs sont un composé carboné phosphorylé appelé G3P (issu de la réaction 6 de la glycolyse), une molécule d'ADP et les produits sont le 1,3-BPG et l'ATP. Le transfert du phosphate de G3P à ADP pour former de l'ATP dans le site actif de l'enzyme est la phosphorylation au niveau du substrat. Cela se produit deux fois dans la glycolyse et une fois dans le cycle du TCA (pour une lecture ultérieure).


Biologie, BS - 7e à la 12e année, concentration en sciences de la vie

Le Collège des sciences et de l'ingénierie s'engage à soutenir les étudiants qui souhaitent devenir enseignants en sciences, mathématiques et technologie à tous les niveaux. Le programme d'enseignement des sciences, des mathématiques et de la technologie (SMTE) propose des cours de contenu aux étudiants qui souhaitent suivre un enseignement des sciences, des mathématiques et de la technologie de la maternelle à la 12e année. Les cours SMTE font également partie intégrante du travail de cours pour les diplômes préparant les étudiants aux certifications des enseignants. Le programme SMTE n'offre pas de diplôme, mais des diplômes menant à la certification des enseignants sont proposés par d'autres programmes de sciences et d'ingénierie et par le College of Education and Human Development. Les étudiants qui souhaitent enseigner dans les écoles élémentaires et secondaires du Texas doivent satisfaire aux exigences du diplôme ainsi qu'aux exigences de certification. Les exigences et la procédure pour devenir enseignant de sciences, de mathématiques ou de technologie au Texas sont décrites ci-dessous. Les étudiants de premier cycle diplômés du Collège des sciences et de l'ingénierie ou du Collège des arts libéraux qui cherchent à obtenir une certification initiale d'enseignant aux niveaux 4-8, 7-12 et EC-12 avant l'obtention du diplôme, se qualifient automatiquement pour la mineure en éducation.

Comment devenir professeur de sciences, de mathématiques ou de technologie au Texas

Afin d'être recommandé pour la certification d'enseignant dans cette université, un candidat doit remplir trois conditions de base:

  1. détenir un baccalauréat d'un collège ou d'une université accrédité qui comprend une majeure et des cours de formation à l'enseignement,
  2. terminer la formation des enseignants dans le cadre d'un programme approuvé, et
  3. réussir les tests de certification des enseignants appropriés pour la matière et le niveau scolaire que le candidat souhaite enseigner.

Des informations supplémentaires sur les conditions requises pour devenir enseignant au Texas peuvent être obtenues sur le site Web du State Board of Educator Certification (SBEC) : http://www.sbec.state.tx.us/SBECOnline/certinfo/becometeacher.asp. Ce site Web fournit également des informations sur les ressources disponibles pour aider les étudiants à payer pour un programme de formation des enseignants.

La SBEC a approuvé trois niveaux de certification des enseignants pour les éducateurs réguliers :

  1. De la petite enfance à la 6e année qui comprend des matières de base et des domaines d'enrichissement tels que l'art, l'éducation physique et la musique,
  2. Grade 4-8 qui comprend uniquement les zones de fondation, et
  3. Certification de la 7e à la 12e année.

Les étudiants peuvent trouver des informations sur les différentes certifications sur le site Web officiel des Texas Examinations of Educator Standards (TExES) : http://www.texes.ets.org. Texas A&M University-Corpus Christi propose plusieurs diplômes menant à un certain nombre de ces certifications d'enseignants. Le College of Education and Human Development propose plusieurs diplômes menant à la certification des enseignants. Le Collège des sciences et de l'ingénierie propose des baccalauréats menant à la certification des enseignants en sciences, mathématiques et technologie aux niveaux 4-8 et 7-12:

  • Biologie, BS - 7e à la 12e année, concentration en sciences de la vie (120-122 heures sem.) Les détails suivent immédiatement ci-dessous. (126-128 heures sem.) (125-130 heures sem.) (Collège d'éducation et de développement humain) (120 heures sem.)

La certification des enseignants de mathématiques 7-12 est également possible avec une majeure de premier cycle autre que les mathématiques. Les détails peuvent être trouvés dans la section Mathématiques, Certification des enseignants de la 7e à la 12e année sans majeure en mathématiques.

Les programmes individuels, Biologie, Chimie, Sciences de l'environnement et Mathématiques offrent ces diplômes et cours.

Les étudiants à la recherche d'une certification d'enseignant sont également fortement invités à contacter le responsable de la certification du Collège de l'éducation et du développement humain au sujet des exigences et des procédures actuelles qui doivent être respectées pour obtenir le certificat. En particulier, les étudiants suivant un plan menant à la certification des enseignants doivent être admis au programme de formation des enseignants de la Texas A&M University-Corpus Christi. avant à s'inscrire à n'importe quel cours EDCI ou EDUC de niveau 4000. Les formulaires de demande d'admission au programme de formation à l'enseignement peuvent être obtenus auprès du bureau de premier cycle ou de certification, salle FC 201. Les étudiants sont référés à la section Collège d'éducation et de développement humain de ce catalogue pour plus d'informations sur le programme de formation à l'enseignement.

Moyenne pondérée cumulative pour l'admission à la formation des enseignants

Une moyenne pondérée cumulative minimale de 2,75 (4,0 = A) dans tous les travaux tentés, une moyenne pondérée cumulative minimale de 2,75 dans tous les domaines de sciences, de mathématiques ou de spécialisation, et aucune note inférieure à « C » dans les cours de sciences ou de mathématiques d'un élève un plan d'études et/ou des cours de formation dans le cadre du bloc de cours professionnel sont requis. (Voir College of Education and Human Development, « Admission à la formation des enseignants » et « Admission à l'enseignement clinique » pour les autres exigences.)

Modification d'un plan de certification

Toute modification d'un plan d'études initialement déposé doit être approuvée par le conseiller pédagogique de l'étudiant, le directeur du département, le doyen du Collège des sciences et de l'ingénierie et le responsable de la certification du Collège d'éducation et de développement humain pour que le diplôme soit décerné.


Conférence 12 : Génétique 1—Division cellulaire et ségrégation du matériel génétique

Dans cette première conférence sur la génétique, le professeur Martin explique comment l'information circule entre les cellules, par exemple des cellules mères aux cellules filles. Il parle également des flux d'informations d'une génération à l'autre, terminant la conférence par une démonstration.

Instructeur: Adam Martin

Conférence 1 : Bienvenue Introduction.

Conférence 2 : Liaison chimique.

Conférence 3: Structures d'Am.

Conférence 4 : Enzymes et méta.

Conférence 5 : Glucides an.

Conférence 9 : Remode de la chromatine.

Conférence 11 : Cellules, le Simpl.

Conférence 16 : ADN recombinant.

Conférence 17 : Génomes et ADN.

Conférence 18 : SNPs et Humain .

Conférence 19 : Cell Traffickin.

Conférence 20 : Signalisation cellulaire .

Conférence 21 : Signalisation cellulaire .

Conférence 22 : Neurones, Action.

Conférence 23 : Cycle cellulaire et .

Conférence 24 : Cellules souches, Apo.

Conférence 27 : Visualiser Lif.

Conférence 28 : Visualiser Lif.

Conférence 29 : Cell Imaging Te.

Conférence 32 : Maladie infectieuse.

Conférence 33 : Bactéries et An.

Conférence 34 : Virus et fourmis.

Conférence 35 : Reproduction Cl.

ADAM MARTIN : Eh bien, tout d'abord, beau travail pour l'examen. Nous avons été très satisfaits de la façon dont vous avez fait. Et donc à partir de maintenant dans le cours, le professeur Imperiali vous a parlé du flux d'information, mais l'information circule en elle-même, donc l'information circule de l'ADN aux protéines qui sont fabriquées dans la cellule, ce qui détermine ce que fait cette cellule. Et donc nous allons changer de direction aujourd'hui. Et nous allons commencer à parler de la façon dont les informations circulent entre les cellules, donc d'une cellule mère à ses cellules filles. Et nous allons également parler de la façon dont l'information circule de génération en génération.

Et ceci, bien sûr, est l'étude de la génétique. Et ce qu'est la génétique en tant que discipline, c'est l'étude des gènes et de leur héritage. Et les gènes dont vous héritez influencent ce que l'on appelle votre phénotype. Et ce qu'est le phénotype, c'est simplement l'ensemble des traits qui vous définissent. Vous pouvez donc le considérer comme un ensemble de traits observables.

Et cela implique vos gènes, comme vous le savez probablement. Je veux dire, juste ce matin, je déposais mon fils à l'école, et il comparait sa taille à celle de ses camarades de classe. Et quand il est entré, il était comme, merci pour les gènes, papa. Je m'attends donc à ce que beaucoup d'entre vous soient familiers avec une grande partie de ce dont nous allons discuter, mais nous allons poser une base vraiment solide, car c'est vraiment fondamental pour comprendre les règles de l'héritage et comment cela fonctionne.

La génétique est donc l'étude des gènes. Alors qu'est-ce qu'un gène ? Vous pouvez penser aux gènes de différentes manières. Et ce dont nous avons parlé jusqu'à présent, nous avons parlé de biologie moléculaire et de ce qu'on appelle le dogme central. Et le dogme central affirme que la source du code est dans l'ADN. Et il y a un flux d'informations à partir d'un morceau d'ADN, qui est un gène. Et le gène est un morceau d'ADN qui code ensuite une sorte d'ARN, comme un ARN messager. Et beaucoup de ces ARN peuvent fabriquer des protéines spécifiques qui agissent dans les cellules de votre corps. C'est donc une image très moléculaire d'un gène.

Vous pouvez considérer un gène comme une chaîne de nucléotides. Et il pourrait y avoir un cadre de lecture dans ces nucléotides qui code une protéine. C'est donc une image très moléculaire d'un gène. Le domaine de la génétique a commencé bien avant que nous ne connaissions l'ADN, son importance et ce que l'ADN codait pour l'ARN qui codait pour les protéines. Le concept de gène est donc beaucoup plus ancien que cela.

Et donc une autre façon de penser à un gène est qu'il est essentiellement l'unité fonctionnelle de l'hérédité. C'est donc l'unité fonctionnelle de l'hérédité. Je vais remonter ça. Je veux donc juste faire une brève pause et vous donner un aperçu des raisons pour lesquelles je pense que la génétique est si importante.

Donc ce que vous avez vu ici, c'est que vous avez vu une cellule se diviser. Et je vous ai montré cela dans la dernière conférence-- vous avez vu les chromosomes, qui sont ici, comment ils sont séparés en différentes filles. Et c'est... en gros, vous voyez le flux d'informations de la cellule mère vers la fille elle-même. Mais nous avons vu ceci, donc je vais juste passer en avant.

Alors pourquoi est-ce si important ? Je vais vous donner une vue assez grandiose des raisons pour lesquelles la génétique est si importante. Et je vais dire que nous pouvons faire un bon argument selon lequel la génétique est responsable de l'essor de la civilisation moderne. Les humains, en tant qu'espèce, ont commencé à manipuler les gènes et la génétique avant même que nous ayons compris ce qui se passait. Il s'agit donc plus d'une sélection inconsciente.

Et donc il y a 10 000 ans, les humains étaient des chasseurs-cueilleurs. Ils sortaient, essayaient de trouver des noix et des graines et chassaient les animaux. Et c'est ainsi que nous avons obtenu notre nourriture. Mais il y a environ 10 000 ans, c'était le premier exemple où les humains, en tant qu'espèce, ont vraiment modifié le phénotype d'une plante, dans ce cas. Ainsi blé sauvage et orge sauvage, les graines se développent dans une gousse. Et la biologie du blé sauvage est telle que la gousse se brise, et les graines se répandent ensuite sur le sol où elles peuvent ensuite germer en de nouvelles plantes.

Mais il y a 10 000 ans, les humains ont décidé qu'il serait plus idéal d'avoir une forme de blé qui ne se brise pas, c'est-à-dire du blé non-éclatant dans lequel les graines restent sur la plante. Et cela lui permet d'être facilement récolté en fin de saison. Il y a donc 10 000 ans, c'est l'un des premiers exemples où les humains ont vraiment modifié génétiquement le phénotype d'une plante. Et ils ont sélectionné pour ce blé incassable, qui a ensuite permis l'essor de l'agriculture.

En plus du blé, il y a environ 4 000 ans, nous avons également vu l'essor des fruits et des noix domestiqués. Voici donc quelques amandes. Si vous souhaitez une amande, n'hésitez pas à en avoir. Vous voulez des amandes ? Non. Si vous êtes allergique aux noix, ne les mangez pas. Super.

Donc les amandes sauvages, quand vous les mâchez, il y a une réaction enzymatique qui entraîne la formation de cyanure. Rachel a juste arrêté de mâcher. Ne t'inquiète pas. Ce sont des amandes qui sont récoltées chez Trader Joe's, vous êtes donc en sécurité. Et donc les amandes sauvages, évidemment, n'étaient pas compatibles pour la consommation. Mais il y a 4 000 ans, les humains ont à nouveau sélectionné une forme d'amande, qui n'impliquait qu'un seul gène, qui n'était pas amer et connu sous le nom d'amande douce, qui n'était pas non plus toxique.

Donc, cela ne vaut pas seulement pour les aliments, mais aussi pour les vêtements. Les humains ont donc choisi le coton à longue peluche. Et cela a servi de base à l'habillement et nous a en quelque sorte permis d'avoir du tissu. Et je veux juste terminer avec une petite histoire sur l'amande, qui fait partie des preuves archéologiques du moment où les amandes ont été domestiquées, c'était lorsque la tombe du roi Tut a été déterrée. Et ils ont trouvé un tas d'amandes à côté de la tombe, parce que la culture égyptienne, ce qu'ils ont fait, c'est d'enterrer les morts avec de la nourriture pour les soutenir dans l'au-delà. Cela vous donne donc une idée de l'importance de la génétique.

If we think about nowadays, right now you are always seeing genetics in the news. And you also have the opportunity yourself to sort of do your own genetic experiment. And so now you guys are undoubtedly aware of all these companies that want you to send them your DNA. And they also want you to send them money, such that they can give you information about your family tree and also information about your health.

So this is now a big business. But if you don't understand genetics, this is not as useful as it could be. So I'm just curious. How many people here have used one of these services and had their DNA genotyped? Cool. And do you think that really changed your view of who you are? Or was it kind of, eh?

AUDIENCE: We actually-- I don't know if we even looked at where we came from. We looked for genetic disease.

ADAM MARTIN: So you're looking for genetic disorders. And you don't have to tell me anything about that. Yeah, so I have not done this, but my dad has done it. And he will go find his relatives and bore them with our ancestry. So this is one example of how genetics is really in play today. And not everyone knows how this works. I've had people at Starbucks in the morning come up to me with their 23andMe profile and ask me to explain stuff, because they know who I am. It's a little awkward.

So we can also use genetics for forensics. And so this is kind of a-- I had a lab manager in the lab, and he told me that people were doing this in senior homes in Florida, which I thought was kind of funny. What I find hilarious about this is the mug shot of the dog. That dog looks so guilty. But you can use DNA to-- you can use DNA to genotype poop. You can genotype your neighbor's dog. You can get evidence that they're the one that's pooping on your lawn. So that's a not-so-serious example.

But there are more serious examples of where DNA genotyping is really having an effect in our society. And this is something I mentioned in the intro lecture. Just this past spring, someone was suspected as being the Golden State Killer. This is a cold case. The killings happened 40 years ago, but the break came from investigators getting DNA from the suspect's relatives to implicate this person in this crime. So they had DNA from the crime. And they saw that there were matches to the DNA at the crime to certain people. And then they can reconstruct who might be the person in the right place to commit the crime.

So this is-- I think this is interesting, because it also leads to all sorts of privacy issues, right? Who's going to gain access to your genotype if you submitted to these companies, right? I mean, this is probably a case where I'd argue there's probably a beneficial result in that you can actually figure out if someone's committed a crime. But there are other issues in terms of thinking about insurance companies where we might be interested in having our information not publicly available to insurance companies. And maybe this is something we can discuss later on in another lecture.

For today, I want to move on and go through really the fundamentals of genetics. And what I'm going to do is I'm going to start with the answer. OK? I'm going to present to you guys today the physical model for how inheritance happens. OK? So today, we're going to go over the physical model of inheritance.

And this physical model involves cell division, which you saw in the last lecture and also in my opening slide. It involves cell division and the physical segregation of the chromosomes during cell division. So also chromosome segregation.

OK, so this is how I'm going to represent chromosomes. And I just want to step you through what it all means. So I have these two arms that are attached to this central circle. The circle is meant to represent the centromere. So this is the centromere.

And you'll remember from the last lecture on Monday, the centromere is the piece of the chromosome that physically is attached to the microtubules that are going to pull the chromosomes to separate poles. OK? So that's called the centromere. And usually, it's denoted, it's like a constriction in the chromosome or a little circle. OK?

These other parts of the chromosome are the chromosome. So that you have the arms of the chromosome. Now I'm drawing what's known as a metacentric chromosome. It's not important that you know that term. But it just means that the centromere is in the middle of the chromosome. There are other types of chromosomes with the centromere might be at the end. OK? So there are different types of chromosomes.

All right, now, for all of us, we have cells that have different numbers of chromosomes. OK? Some of our cells are what is known as haploid. And what I mean by haploid is there is a single set of chromosomes. Now the cells that we have that are haploid are our gametes, so they're our eggs and our sperm cells. OK? So these include gametes.

OK, but most of the cells in your body are what is known as diploid. And diploid means there's two complete sets of chromosomes. OK, and you get one set from one parent, the other set from the other parent. OK? So one set from each parent.

OK, and I'll draw the other set like this. And what I'll do is I'll just shade in this one to denote that it's different. OK? So these two chromosomes then are what is known as homologous. They're homologous chromosomes. Homologous.

OK, and what I mean by them being homologous is that, basically, these two chromosomes have the same set of genes. OK, so they have the same genes. They have the same genes. But they have different variants of those genes. OK, so different variants of these genes. And these variants are referred to as alleles. OK? So if you have the same gene but they differ slightly in their nucleic acid sequence, then they're distinct alleles of those genes.

So often, the way geneticists refer to these different variants or alleles is we use a capital letter and a lower case letter. OK, so this chromosome over here might have a gene that's allele capital a. And then this homologous chromosome will have the same gene but a different allele, which I'll denote lowercase a. OK?

So in this case, big A and little a are different alleles of the same gene. They might produce a slightly different protein, which would result possibly in a different phenotype. OK? So everyone understand that distinction?

Oh, I want to make one point because this came up last semester and was one of those cases where I forgot the part about the head. So we often just have two alleles when we teach genetics. But I hope you can see that because a gene is a long sequence of DNA, there is a ton of different alleles you can have within a given gene. So one nucleotide difference in that gene would result in a different allele. OK? So we often refer to two alleles, but there can be more than two alleles for a given gene. OK? Does everyone see how that manifests itself? OK, great. Any questions up until now? Yes, Carmen?

AUDIENCE: So when you say that there's more than one, more than just the two alleles, I don't have more than one on each chromosome. So they're just more than one--

ADAM MARTIN: In the population. So Carmen asked, well, can I have like five alleles of a gene? And that's a great question. And so thank you, Carmen, for asking that. What I mean is if we consider a population as a whole, right?

You have two alleles of each gene, unless it's a gene that somehow duplicated. And so when we're considering the population, there can be more than-- right? I mean, I see we have people with-- hair color is not a monogenic trait. But we have people with black hair, with blond hair, with brown hair, right? There is more than just two possible alleles with possible phenotypes. OK?

All right, let's go up with this. All right, now I want to start at the beginning. So most of our cells are diploid. And the origin of our first diploid cell is from the union of two gametes. OK? So I'm going to draw two gametes here. Each is one n.

And I'm just going to draw one set of chromosomes for this here. So we might have a male gamete and a female gamete. And what I'm referring to when I say n here, n is basically referring to the number of chromosomes per haploid genome. So when you have one n, it means you're haploid because you have only one set of haploid genome.

But early in your life, we're all the result of a fusion between a male and female gamete. And so that creates a diploid cell. OK, so now, this diploid zygote, so this is referred to as the zygote, is diploid and now has a set of homologous chromosomes. OK? So I'm only drawing one set of homologous chromosomes here.

So on the board, I'm going to stick to just one, so I don't have to draw them all out. In the slides, I have three. OK? So each of these represents a chromosome. These are different chromosomes. Different chromosomes are either different color or have a different centromere position. And then these down here that are colored are going to be the homologous chromosomes. OK? Do you see how I'm representing this?

OK, so once you have the zygote, right, so you guys are no longer one cell, right? You guys each are tens of trillions of cells. So this zygote cell had to reproduce itself, and your cells had to divide, so that you grew into an entire multicellular organism. I'll just quickly erase that.

OK, so when most of your cells divide, and most of your cells are known as somatic cells. When cells of your body or your intestine and your skin, when they divide, they genetically replicate themselves. And they're undergoing a type of cell division known as mitosis. OK?

In mitosis, it's essentially a cloning of a cell. Or ideally, it's the cloning of a cell. So you have a diploid cell. It has to undergo DNA replication . And when a chromosome undergoes DNA replication, it will, during mitosis look like this. OK?

And these two different arms or strands, they're known as sister chromatids. OK? So that's just another term you should know. These are sister chromatids. OK, and the sister chromatids, if DNA replication happens without any errors, should be exactly the same as each other in terms of nucleotide sequence. OK?

So after DNA replication, this cell will essentially have four times the amount of DNA as a haploid cell. And it will split into two cells. And again, they'll both be diploid. OK? And I'll just point out, if we're thinking about our pair of chromosomes here, right, this parent cell has both homologs. And the daughter cells, because they should be genetically identical, also have both homologs.

OK, so that's an example with just one chromosome. I'll take you through an example with these three chromosomes here-- all six chromosomes. So you have-- these are homologs. These are homologs. These are homologs. And during mitosis, all of these chromosomes initially are all over the nucleus.

But during mitosis, they will align along the equator of the cell and what is known as the metaphase plate. Metaphase is just a fancy term for one particular stage in the mitotic cycle. And then what will happen is the spindle will attach to either one side or the other side of these chromosomes.

And it will physically segregate them into different cells, OK? And what I hope you see here is that this has six chromosomes. This has six chromosomes. And these two daughter cells are genetically identical to the parent cell. OK, so this is known as an equational division, because it's totally equal. OK?

And again, the daughter cells are both diploid, OK? So that's mitosis. Any questions about mitosis? D'ACCORD. Moving on, we're going to talk now about another type of cell. And these are your germ cells. And these germ cells undergo an alternative form of cell division known as meiosis, OK? And your germ cells-- germ cells produce your egg and sperm.

And so meiosis essentially is producing gametes, such as egg and sperm cells, OK? So what's the final product going to be? What should be the genomic content of the final product of meiosis? It should be one end, right? Who said that? Désolé. Yeah, exactly right. What's your name?

ADAM MARTIN: Jeremy. So Jeremy is exactly right. Droit? The germ cells-- in order to reproduce sexually, they should be haploid cells, so that they can combine with another haploid to give rise to a diploid, OK? So the ultimate result that we want is to have cells that are one end.

But most of our cells to start out with are diploid, so they're two end, OK? So what's special about meiosis is you're not just going from two end to two end, but you're reducing the genetic content of the cells. You're going from two end to a one end content, OK?

So again, meiosis starts with DNA replication. But in this case, the first division, which is meiosis I, is not equal. And it actually segregates the homologs, such that you get one cell that has one of the homologs duplicated and another cell that has the other homolog duplicated. OK?

And I'll show this. I'll show it right now. So this is the same cell now. It's undergone DNA replication. As you can see, each chromosome has two copies. But instead of all the chromosomes lining up in the same position of the metaphase plate, what you see is that homologous chromosomes pair at the metaphase plate.

And what happens here is that the homologous chromosomes are separated-- two different cells. And now, you have two cells that are not genetically identical, OK? So because there is not equational and there's a reduction in the genetic material that's present in the cells, this is known as a reductional division, OK?

So that's meiosis I. And that's a reductional division. And then-- but this is not yet haploid. And so-- here, I'll just stick another one in here. These cells then undergo another round of division, which is known as meiosis II. And during this meiosis, these sister chromatids are separated, such that you're left with one chromosome.

And my drawing-- at least one chromosome per gamete, OK? So each of these, then, is 1n. OK? So again, you have the chromosomes. But this time, you have them aligned like in mitosis. They align. The sister chromatids are physically separated.

And now, you see this cell is genetically identical to this cell. And this cell here is genetically identical to this cell, OK? So that's meiosis II. And that's an equational division much more like mitosis, OK? Because the product of the division of those two cells-- each of those is equal, OK?

And finally, the result of meiosis II is that you're then left with gametes that have a haploid content of their genome. OK, I want to end lecture by doing a demonstration. Voyons. So this could either be amazing, or it will be a complete disaster. So we're totally going to do it. So everyone come up. Ici. Ici.

Evelyn, you can leave when you have to go. And we'll have a chromosome loss event. OK? It has to be a multiple of four. If we have extra people label, then the people can supervise. Go. Oops, sorry. D'accord. What do we got here? Here you go, Bret, Andrew. Désolé. I hope I'm not hitting anybody.

ADAM MARTIN: What's that? Yeah, that's the advantage of these. D'accord. Here you go, Myles. Voyons. Here you go. Désolé. Someone take this. D'accord. What do we got here? Just got a little chromosome here.

ADAM MARTIN: Oops, sorry. D'accord. Who doesn't have a chromosome? Everyone in the class has a chromosome? D'accord. One of you want to come in here? D'accord. We'll see how constrained we are in terms of space.

I've never been this ambitious and had this many chromosomes before, so I'm excited to see how this works. So you each have a Swim Noodle. They're different colors, so different colors represent different chromosomes. And then you also have Swim Noodles that have tape on them.

And these represent different alleles from your other chromosomes. So these two chromosomes would be homologs of each other, OK? Does that make sense? OK, great. D'accord. Now, the metaphase plate will be along the center of the room.

So let's first reenact mitosis. So why don't you guys find your sister chromatid and then sort of align in the middle of the room here? Sister or brother chromatid. How are we doing? Do we have enough space there? It's a little packed. You can see how the cell-- can you imagine how packed it is inside a cell?

OK, everyone found their sister chromatid. Normally, the sister chromatids-- they replicate and they get held together. So there's no finding of sister chromatids, but-- all right. Super. So segregate and we'll see how you guys did. D'accord. And the goal is that you guys would be genetically identical. So how-- OK, great.

That looks like one short red, one short red. OK, that's good. They look genetically identical to me. D'accord. So that was my mitosis. Now, we're going to do meiosis. OK, why don't you guys align, like what would happen during meiosis I. OK, you guys can come back. Think about who you're going to pair with.

D'accord. So what were you looking for when you were pairing? Who were you looking for?

AUDIENCE: Longest chromosome.

ADAM MARTIN: Your longest chromosome, right? OK, great. D'accord. Why don't you guys segregate? All right, so that was meiosis I. Meiosis I looks successful to me. And now, we have to undergo meiosis II. So maybe what we could do is you guys can rotate. And the metaphase spindle can be sort of in this orientation.

ADAM MARTIN: Yeah, that will-- we want a group over there, a group over there, a group here, a group here. And those will be our four gametes.

D'accord. You guys set? D'accord. Go.

OK, terrific. Everyone haploid? Looks like everyone is haploid, which is good. Droit? So let's just take a minute and think about probability here. So what was the probability that a gamete would end up with this orange allele on the red chromosome?

ADAM MARTIN: Half, right? Because there are two, right? So these two gametes have that allele. These two should not, right? OK, great. And we just had a chromosome loss, so that gamete is in trouble. But maybe we could get a TA to rescue this chromosome. Either one of you is fine. There you go, David.

D'accord. That was great. Now, let's-- as you're doing this, you get a sense as to how things could get mixed up, right? And you think inside the cell, right? So I don't-- I've lost track of how many chromosomes. We have 1, 2, 3, 4, 5, 6, right? How many chromosomes do we have?

ADAM MARTIN: We are-- a haploid set for us is how many chromosomes?

ADAM MARTIN: 23. Exactly. Droit? So it'd be even worse for a human cell to get this to go right. So why don't you guys line up in the mitosis configuration? And we'll consider some things that could go wrong. D'accord. Who here is good friends with their sister or brother chromatid? Is anyone very good friends with their sister or brother chromatid?

ADAM MARTIN : Oui. Someone become good friends and become inseparable, OK? Would someone volunteer to be inseparable? OK, great. You guys are now inseparable, OK? Now, segregate. OK, great. Now, what happened there?

ADAM MARTIN: Yeah, that's cell stole her. D'ACCORD. So now, we have two-- a duplication of that chromosome. What's happened over here with this daughter cell?

AUDIENCE: It's missing a chromosome.

ADAM MARTIN: It's missing a chromosome, right?

ADAM MARTIN: So these are the types of mistakes that can be associated with a cell becoming cancerous, right? Because let's say there was a gene that suppresses growth on that chromosome. And it wasn't on that homolog. Then you might result in a genetic sort of mutant or loss of that gene that would result in uncontrolled proliferation.

Also, picking up the extra copies of genes that promote growth could allow that cell to have a proliferative advantage, OK? We're going to-- this is sort of foreshadowing what we're going to talk about later. But I just want to plant the seed now. D'ACCORD. Why don't we go back and do meiosis?

D'ACCORD. Now, anyone see any friends looking across the aisle now? D'accord. Super. You guys are now inseparable. Why don't you guys segregate, except the inseparable ones? Oh, but your sister chromatids still have to stay attached. Voilà. Voir? Super. Droit. So just like last time, this is known as a non-disjunction event where the chromosomes don't separate when they should, OK? Super. Now, why don't you guys do meiosis II?

D'accord. You can segregate. D'accord. Now, you see these two gametes over here are lacking an entire orange chromosome. And these two gametes here have picked up an additional copy of an orange chromosome, OK?

So these two gametes are no longer haploid for the orange chromosome. And if one of these gametes were to fuse with a haploid gamete that has an orange chromosome, then now you have a zygote that has three copies of the orange chromosome, which is abnormal, OK?

So if that were chromosome 21 in humans, that would result in something that's called trisomy 21, which is down syndrome, OK? So you see how mistakes in how chromosomes segregate can result in human disease. D'ACCORD. Why don't we give yourselves a hand? Bon travail.

OK, you can just throw the Pool Noodles on the side. And I just have one slide to show you where we're going next. [INAUDIBLE]

AUDIENCE: So I have a question.

AUDIENCE: When the homologous chromosomes split, can you share alleles? Are there alleles preserved in this portion?

ADAM MARTIN: You're asking if there's crossing over?

ADAM MARTIN: There is crossing over. Oui. And that will get its own entire lecture. Yes, good question. OK, so just to give you guys a preview of what's up next. So in the next lecture, we're going to talk about Mendel and Mendel's peas. And we'll talk about the laws of inheritance, OK?

And realize Mendel was way before DNA or what our knowledge of a gene was, OK? Next, we'll talk about fruit flies, and Thomas Hunt Morgan, and seminal work that led to the chromosome model of inheritance and also resulted in the concepts of linkage and also genetic maps.

OK, we're going to go-- well, just to sort of anchor yourself, the structure of DNA was published in 1953. So these seminal genetic studies up here were done before we knew about DNA. So geneticists were studying genes and their behavior well before we knew DNA was what was responsible.

And then we'll talk about sequencing and the sequencing revolution. We'll talk about cloning, and molecular biology, and how one might go from a human disease to a specific gene that causes it. And then, finally, we'll start talking about entire human genome and genome sequences. OK, so that's just a preview of where we're going, so have a great weekend.



Commentaires:

  1. Arakora

    Paraphrase s'il vous plaît le message

  2. Morse

    Beauté, surtout la première photo

  3. Taushicage

    OOOOOOOOOOOOOOO !! J'ai longtemps voulu voir ça !!!!

  4. Gardasho

    Pensée correcte



Écrire un message