Проучете структурата на двойната спирала на ДНК, за да научите как органичното химично вещество определя характеристиките на организма Джеймс Уотсън и Франсис Крик революционизираха изследването на генетиката, когато откриха структурата на ДНК. Encyclopædia Britannica, Inc. Вижте всички видеоклипове за тази статия
В началото на 19 век стана широко прието, че всички живи организми са съставени от клетки, произтичащи само от растежа и делението на други клетки. Тогава усъвършенстването на микроскопа доведе до ера, през която много биолози интензивно наблюдават микроскопичната структура на клетките. Към 1885 г. значително количество косвени доказателства сочат, че хромозоми - тъмно оцветяващи нишки в клетъчното ядро - носеха информацията за наследствеността на клетките. По-късно беше показано, че хромозомите са около половината ДНК и половината протеини по тегло.
Революционното откритие, което предполага, че молекулите на ДНК могат да предоставят информацията за собствената си репликация, идва през 1953 г., когато американски генетик и биофизик Джеймс Уотсън и британският биофизик Франсис Крик предложи модел за структурата на двуверижната ДНК молекула (наречена ДНК двойна спирала). В този модел всяка верига служи като шаблон при синтеза на допълнителна верига. Последващи изследвания потвърдиха модела на Уотсън и Крик за репликация на ДНК и показаха, че ДНК носи генетичната информация за възпроизвеждане на цялата клетка.
ДНК структура Първоначалното предложение за структурата на ДНК от Джеймс Уотсън и Франсис Крик беше придружено от предложение за средствата за репликация. Енциклопедия Британика, Inc.
Първоначално се смяташе, че цялата генетична информация в клетката е ограничена до ДНК в хромозомите на клетъчното ядро. По-късни открития идентифицират малки количества допълнителна генетична информация, присъстваща в ДНК на много по-малки хромозоми, разположени в два вида органели в цитоплазмата. Тези органели са митохондрии в животно клетки и митохондриите и хлоропластите в растение клетки. Специалните хромозоми носят информацията, кодираща няколко от многото протеини и РНК молекули, необходими на органелите. Те също така намекват за еволюционния произход на тези органели, за които се смята, че са възникнали като свободно живеещи бактерии, погълнати от други организми в процеса на симбиоза.
Възможно е РНК да се репликира чрез механизми, свързани с тези, използвани от ДНК, въпреки че има едноверижна вместо двуверижна структура. Счита се, че в ранните клетки РНК се е репликирала по този начин. Въпреки това, цялата РНК в днешните клетки се синтезира от специални ензими, които изграждат едноверижна РНК верига, като използват една верига от ДНК спиралата като шаблон. Въпреки че молекулите на РНК се синтезират в клетъчното ядро, където се намира ДНК, повечето от тях се транспортират до цитоплазмата, преди да изпълнят функциите си.
пратеник РНК; превод Молекулярната генетика възникна от осъзнаването, че ДНК и РНК представляват генетичния материал на всички живи организми. (1) ДНК, разположена в клетъчното ядро, се състои от нуклеотиди, които съдържат основите аденин (А), тимин (Т), гуанин (G) и цитозин (С). (2) РНК, която съдържа урацил (U) вместо тимин, транспортира генетичния код до местата за синтезиране на протеин в клетката. (3) Messenger RNA (mRNA) след това пренася генетичната информация към рибозомите в клетъчната цитоплазма, които преобразуват генетичната информация в молекули на протеин. Енциклопедия Британика, Inc.
РНК молекулите в клетките имат две основни роли. Някои, рибозимите, се сгъват по начини, които им позволяват да служат като катализатори за специфични химични реакции. Други служат като пратеник РНК, който предоставя шаблони, уточняващи синтеза на протеини. Рибозоми , малки машини за синтезиране на протеини, разположени в цитоплазмата, отчитат пратените РНК молекули и ги преобразуват в протеини, като използват генетичен код . В този превод последователността от нуклеотиди във веригата на пратеника РНК се декодира по три нуклеотида наведнъж и всеки нуклеотиден триплет (наречен кодон) посочва определена аминокиселина. По този начин, нуклеотидната последователност в ДНК посочва протеин, при условие, че от тази ДНК последователност се произвежда пратена РНК молекула. Всяка област от ДНК последователността, посочваща протеин по този начин, се нарича ген.
къде отиде Джеймс Мадисън на училище
Чрез горните механизми ДНК молекулите катализират не само собственото си дублиране, но и диктуват структурите на всички протеинови молекули. Сингъл човек клетката съдържа около 10 000 различни протеина, произведени чрез експресията на 10 000 различни гена. Всъщност се смята, че набор от човешки хромозоми съдържа ДНК с достатъчно информация, за да експресира между 30 000 и 100 000 протеини, но повечето от тези протеини изглежда се произвеждат само в специализирани видове клетки и следователно не присъстват в тялото. (За допълнителна дискусия, виж отдолу Ядрото.)
Клетката с много различни ДНК, РНК и протеинови молекули е доста различна от епруветка, съдържаща същите компоненти. Когато клетката се разтвори в епруветка, хиляди различни видове молекули се смесват на случаен принцип. В живата клетка обаче тези компоненти се държат на определени места, отразявайки високата степен на организация, необходима за растежа и деленето на клетката. Поддържането на тази вътрешна организация изисква непрекъснато въвеждане на енергия, тъй като спонтанните химични реакции винаги създават дезорганизация. По този начин голяма част от енергията, освободена от ATP хидролизата подхранва процеси, които организират макромолекули вътре в клетката.
Когато еукариотна клетка се изследва при голямо увеличение в електронен микроскоп, става очевидно, че специфично свързани с мембраната органели разделят вътрешността на разнообразни подкатегории. Въпреки че не се открива в електронния микроскоп, от биохимичните анализи става ясно, че всяка органела съдържа различен набор от макромолекули. Тази биохимична сегрегация отразява функционалната специализация на всяко отделение. По този начин митохондриите, които произвеждат по-голямата част от АТФ на клетката, съдържат всички ензими, необходими за осъществяване на цикъл на трикарбоксилна киселина и окислително фосфорилиране. По същия начин разграждащите ензими, необходими за вътреклетъчното храносмилане на нежелани макромолекули, се ограничават до лизозоми .
клетъчно отделение | процента от общия клетъчен обем | приблизително число на клетка |
---|---|---|
цитозол | 54 | 1 |
митохондрия | 22. | 1700 |
ендоплазмен ретикулум плюс апарат на Голджи | петнадесет | 1 |
ядро | 6 | 1 |
лизозома | 1 | 300 |
От тази функционална сегрегация става ясно, че многото различни протеини, определени от гените в клетъчното ядро, трябва да бъдат транспортирани до отделението, където ще бъдат използвани. Не е изненадващо, че клетката съдържа обширна свързана с мембраната система, посветена на поддържането само на този вътреклетъчен ред. Системата служи като пощенска станция, гарантираща правилното насочване на новосинтезирани макромолекули към правилните им дестинации.
Всички протеини се синтезират върху рибозомите, разположени в цитозола. Веднага след като първата част от аминокиселинната последователност на протеин излезе от рибозома , той се инспектира за наличие на кратка сигнална последователност на ендоплазмен ретикулум (ER). Тези рибозоми, произвеждащи протеини с такава последователност, се транспортират до повърхността на ER мембраната, където завършват своя синтез; протеините, направени върху тези рибозоми, незабавно се прехвърлят през ER мембраната във вътрешността на ER отделението. Протеини, на които липсва ER сигналната последователност, остават в цитозола и се освобождават от рибозомите, когато синтезът им приключи. Този процес на химическо решение поставя някои новозавършени протеинови вериги в цитозола, а други в обширно мембранно отделение в цитоплазмата, което представлява първата стъпка в вътреклетъчното сортиране на протеини.
След това новосъздадените протеини в двете клетъчни отделения се сортират допълнително според допълнителните сигнални последователности, които те съдържат. Някои от протеините в цитозола остават там, докато други отиват на повърхността на митохондриите или (в растителните клетки) хлоропласти, където се прехвърлят през мембраните в органелите. След това субсигналите на всеки от тези протеини посочват точно къде в органелата протеинът принадлежи. Протеините, първоначално сортирани в ER, имат още по-широк спектър от дестинации. Някои от тях остават в ER, където функционират като част от органелата. Повечето влизат в транспортните везикули и преминават към апарата на Голджи, отделни мембранно ограничени органели, които съдържат най-малко три подкампании. Някои от протеините се задържат в подразделенията на Голджи, където се използват за функции, характерни за тази органела. Повечето в крайна сметка навлизат в мехурчета, които напускат Голджи за други клетъчни дестинации като клетъчната мембрана, лизозомите или специалните секреторни везикули. (За допълнителна дискусия, виж отдолу Вътрешни мембрани.)
Copyright © Всички Права Запазени | asayamind.com