DNS: ģenētiskais materiāls

Pētīt DNS

Pētiet DNS dubultās spirāles struktūru, lai uzzinātu, kā organiskā ķīmiska viela nosaka organisma iezīmes Džeimss Vatsons un Frensiss Kriks, radot pamatu ģenētikas izpētei, atklājot DNS struktūru. Encyclopædia Britannica, Inc. Skatiet visus šī raksta videoklipus

19. gadsimta sākumā kļuva plaši atzīts, ka visi dzīvie organismi sastāv no šūnām, kas rodas tikai citu šūnu augšanas un dalīšanās rezultātā. Pēc tam mikroskopa uzlabošana noveda pie laikmeta, kurā daudzi biologi intensīvi novēroja šūnu mikroskopisko struktūru. Līdz 1885. gadam ievērojams daudzums netiešu pierādījumu liecināja par to hromosomas - tumši krāsojošie pavedieni šūnas kodolā - saturēja informāciju par šūnu iedzimtību. Vēlāk tika pierādīts, ka hromosomas ir apmēram puse DNS un puse olbaltumvielu pēc svara.



Revolucionārs atklājums, kas liek domāt, ka DNS molekulas varētu sniegt informāciju viņu pašu replikācijai, notika 1953. gadā, kad amerikāņu ģenētiķis un biofiziķis Džeimss Vatsons un britu biofiziķis Frensiss Kriks ierosināja divkāršās DNS molekulas (ko sauc par DNS dubulto spirāli) struktūras modeli. Šajā modelī katra virkne kalpo kā veidne komplementāras virknes sintēzē. Turpmākie pētījumi apstiprināja Vatsona un Krika DNS replikācijas modeli un parādīja, ka DNS pārnēsā ģenētisko informāciju par reprodukcija no visas šūnas.



DNS struktūra

DNS struktūra Sākotnējam Džeimsa Vatsona un Frensisa Krika ierosinājumam par DNS struktūru tika pievienots ieteikums par replikācijas līdzekļiem. Enciklopēdija Britannica, Inc.

Sākotnēji tika uzskatīts, ka visa šūnas ģenētiskā informācija aprobežojas ar DNS, kas atrodas šūnas kodola hromosomās. Vēlākos atklājumos tika identificēts neliels papildu ģenētiskās informācijas daudzums, kas atrodas daudz mazāku hromosomu DNS, kas atrodas divu veidu organoīdos citoplazmā. Šie organelli ir mitohondrijos iekšā dzīvnieks šūnas un mitohondrijos un hloroplastus augs šūnas. Īpašās hromosomas satur informāciju, kas kodē dažus no daudzajiem olbaltumvielām un RNS molekulām, kas nepieciešamas organoīdiem. Viņi arī norāda uz šo organoīdu evolūcijas izcelsmi, kas, domājams, ir radušies kā brīvi dzīvojošas baktērijas, kuras citi organismi pārņēma simbiozes procesā.



RNS: atkārtojas no DNS

RNS ir iespējams atkārtoties ar mehānismiem, kas saistīti ar DNS izmantotajiem, kaut arī tai ir vienpavediena, nevis divpavedienu struktūra. Tiek uzskatīts, ka agrīnās šūnās RNS šādā veidā atkārtojas. Tomēr visu RNS mūsdienu šūnās sintezē īpaši fermenti, kas konstruē vienpavedienu RNS ķēdi, izmantojot matricu vienu DNS spirāles virkni. Kaut arī RNS molekulas tiek sintezētas šūnas kodolā, kur atrodas DNS, lielākā daļa no tām tiek transportētas uz citoplazmu, pirms tās veic savas funkcijas.

kurjera RNS; tulkojums

kurjera RNS; tulkojums Molekulārā ģenētika radās, apzinoties, ka DNS un RNS veido visu dzīvo organismu ģenētisko materiālu. (1) DNS, kas atrodas šūnas kodolā, sastāv no nukleotīdiem, kas satur bāzes adenīnu (A), timīnu (T), guanīnu (G) un citozīnu (C). (2) RNS, kas timīna vietā satur uracilu (U), transportē ģenētisko kodu uz olbaltumvielu sintezējošām vietām šūnā. (3) Messenger RNS (mRNS) pēc tam ģenētisko informāciju pārnes uz šūnu citoplazmas ribosomām, kas ģenētisko informāciju pārveido olbaltumvielu molekulās. Enciklopēdija Britannica, Inc.

Šūnu RNS molekulām ir divas galvenās lomas. Daži no ribozīmiem salocās tā, lai tie varētu kalpot kā katalizatori īpašām ķīmiskām reakcijām. Citi kalpo kā kurjera RNS, kas nodrošina veidnes, kas nosaka olbaltumvielu sintēzi. Ribosomas , sīkas olbaltumvielu sintezēšanas iekārtas, kas atrodas citoplazmā, nolasa ziņneša RNS molekulas un pārveido tās olbaltumvielās, izmantojot ģenētiskais kods . Šajā tulkojumā kurjera RNS ķēdes nukleotīdu secība tiek dekodēta trīs nukleotīdos vienlaikus, un katrs nukleotīdu triplets (saukts par kodonu) norāda noteiktu aminoskābi. Tādējādi nukleotīdu secība DNS norāda olbaltumvielu ar nosacījumu, ka no šīs DNS sekvences tiek ražota kurjera RNS molekula. Katru DNS sekvences reģionu, kas šādā veidā nosaka olbaltumvielu, sauc par gēnu.



Izmantojot iepriekšminētos mehānismus, DNS molekulas katalizē ne tikai pašu dublēšanos, bet arī nosaka visu olbaltumvielu molekulu struktūru. Viens cilvēks šūnā ir aptuveni 10 000 dažādu olbaltumvielu, ko ražo 10 000 dažādu gēnu ekspresija. Faktiski tiek uzskatīts, ka cilvēka hromosomu komplekts satur DNS ar pietiekami daudz informācijas, lai ekspresētu no 30 000 līdz 100 000 olbaltumvielu, taču šķiet, ka lielākā daļa šo olbaltumvielu tiek ražoti tikai specializētos šūnu tipos, un tāpēc tie nav visā ķermenī. (Turpmākai diskusijai Skatīt zemāk Kodols.)

Šūnu organizācija

Iekššūnu komunikācija

Šūna ar daudzām dažādām DNS, RNS un olbaltumvielu molekulām ir diezgan atšķirīga no mēģenes, kas satur tos pašus komponentus. Kad šūna ir izšķīdināta mēģenē, tūkstošiem dažādu veidu molekulu nejauši sajaucas. Dzīvajā šūnā šie komponenti tomēr tiek turēti noteiktās vietās, atspoguļojot šūnas augšanai un dalīšanai būtisko organizatorisko pakāpi. Lai uzturētu šo iekšējo organizāciju, nepieciešama nepārtraukta enerģijas ievadīšana, jo spontānas ķīmiskās reakcijas vienmēr rada dezorganizāciju. Tādējādi liela daļa enerģijas, ko atbrīvo ATP hidrolīze veicina procesus, kas šūnā organizē makromolekulas.

Kad eikariotu šūna tiek pārbaudīts ar lielu palielinājumu elektronu mikroskopā, kļūst redzams, ka specifiskas membrānas saistītās organellas sadala interjeru dažādos apakškategorijās. Lai gan elektronu mikroskopā tas nav nosakāms, no bioķīmiskajiem testiem ir skaidrs, ka katra organelle satur atšķirīgu makromolekulu kopumu. Šī bioķīmiskā segregācija atspoguļo katra nodalījuma funkcionālo specializāciju. Tādējādi mitohondriji, kas ražo lielāko daļu šūnas ATP, satur visus fermentus, kas nepieciešami trikarboksilskābes cikls un oksidatīvā fosforilēšana. Līdzīgi degradējošie fermenti, kas nepieciešami nevēlamu makromolekulu intracelulārai gremošanai, ir ierobežoti lizosomas .



Relatīvie tilpumi, ko aizņem daži šūnu nodalījumi tipiskā aknu šūnā
šūnu nodalījums procenti no kopējā šūnu tilpuma aptuvenais skaits šūnā
citozols 54. lpp 1
mitohondrijs 22 1,700
endoplazmatiskais tīklojums plus Golgi aparāts piecpadsmit 1
kodols 6 1
lizosoma 1 300

No šīs funkcionālās segregācijas ir skaidrs, ka daudzie dažādi proteīni, ko šūnas kodolā ir norādījuši gēni, jāpārvadā uz nodalījumu, kurā tos izmantos. Nav pārsteidzoši, ka šūna satur plašu ar membrānu saistītu sistēmu, kas paredzēta tieši šīs intracelulārās kārtības uzturēšanai. Sistēma kalpo kā pasta nodaļa, garantējot jaunizveidoto makromolekulu pareizu virzību uz pareizajiem galamērķiem.

kas ir sociālā kustība?

Visi proteīni tiek sintezēti uz ribosomām, kas atrodas citosolā. Tiklīdz olbaltumvielu aminoskābju secības pirmā daļa parādās no ribosoma , to pārbauda, ​​vai nav īsa endoplazmas tīkla (ER) signāla secības. Tās ribosomas, kas veido olbaltumvielas ar šādu secību, tiek transportētas uz ER membrānas virsmu, kur tās pabeidz sintēzi; olbaltumvielas, kas izgatavotas uz šīm ribosomām, nekavējoties tiek pārvietotas caur ER membrānu uz ER nodalījuma iekšpusi. Olbaltumvielas, kurām trūkst ER signāla secības, paliek citozolā un tiek izlaistas no ribosomām, kad to sintēze ir pabeigta. Šis ķīmiskais lēmuma process dažas nesen pabeigtas olbaltumvielu ķēdes ievieto citozolā, bet citas - plašā ar membrānu saistītā nodalījumā citoplazmā, kas ir pirmais solis olbaltumvielu šķirošanā starp šūnām.



Jaunizveidotās olbaltumvielas abos šūnu nodalījumos pēc tam tiek kārtotas tālāk atbilstoši to saturošajām papildu signālu sekvencēm. Daži no citosola olbaltumvielām tur paliek, bet citi nonāk mitohondriju vai (augu šūnās) hloroplastu virsmā, kur caur membrānām tie tiek pārnesti uz organelliem. Pēc tam katras no šīm olbaltumvielām parakstās tieši tā vieta, kur organellā olbaltumviela pieder. Sākotnēji ER šķirotajiem proteīniem ir vēl plašāks galamērķu klāsts. Daži no viņiem paliek ER, kur tie darbojas kā organeles daļa. Lielākā daļa nonāk transporta pūslīšos un pāriet uz Golgi aparātu - atsevišķām membrānām piesaistītām organellām, kas satur vismaz trīs apakškategorijas. Daļa olbaltumvielu tiek turēti Golgi apakškategorijās, kur tos izmanto funkcijām, kas raksturīgas šim organellam. Lielākā daļa galu galā nonāk pūslīšos, kas atstāj Golgi uz citiem šūnu galamērķiem, piemēram, šūnas membrānu, lizosomām vai īpašiem sekrēcijas pūslīšiem. (Turpmākai diskusijai Skatīt zemāk Iekšējās membrānas.)