DNA: det genetiska materialet

Studera DNA

Studera DNA: s dubbla helixstruktur för att lära sig hur den organiska kemikalien bestämmer en organisms egenskaper James Watson och Francis Crick revolutionerade studien av genetik när de upptäckte DNA-strukturen. Encyclopædia Britannica, Inc. Se alla videor för den här artikeln

Under det tidiga 1800-talet blev det allmänt accepterat att alla levande organismer består av celler som enbart härrör från tillväxt och uppdelning av andra celler. Förbättringen av mikroskopet ledde sedan till en tid under vilken många biologer gjorde intensiva observationer av cellernas mikroskopiska struktur. År 1885 indikerade en betydande mängd indirekt bevis det kromosomer —Mörkfärgade trådar i cellkärnan — bar informationen för cell ärftlighet. Det visades senare att kromosomer är ungefär hälften DNA och hälften protein i vikt.



Den revolutionära upptäckten som tyder på att DNA-molekyler skulle kunna tillhandahålla informationen för sin egen replikering kom 1953, när amerikansk genetiker och biofysiker James Watson och den brittiska biofysikern Francis Crick föreslog en modell för strukturen av den dubbelsträngade DNA-molekylen (kallad DNA-dubbelhelix). I denna modell fungerar varje sträng som en mall i syntesen av en komplementär sträng. Senare forskning bekräftade Watson och Crick-modellen för DNA-replikering och visade att DNA bär den genetiska informationen för fortplantning av hela cellen.



DNA-struktur

DNA-struktur Det ursprungliga förslaget om DNA-strukturen av James Watson och Francis Crick åtföljdes av ett förslag om replikeringsmedel. Encyclopædia Britannica, Inc.

All genetisk information i en cell ansågs ursprungligen vara begränsad till DNA i cellkärnans kromosomer. Senare upptäckter identifierade små mängder av ytterligare genetisk information som finns i DNA för mycket mindre kromosomer som finns i två typer av organeller i cytoplasman. Dessa organeller är mitokondrier i djur- celler och mitokondrier och kloroplaster i växt celler. De speciella kromosomerna innehåller information som kodar för några av de många proteiner och RNA-molekyler som organellerna behöver. De antyder också det evolutionära ursprunget till dessa organeller, som tros ha sitt ursprung som fritt levande bakterier som togs upp av andra organismer i symbiosprocessen.



RNA: replikerat från DNA

Det är möjligt för RNA att replikera sig själv genom mekanismer relaterade till de som används av DNA, även om det har en enkelsträngad istället för en dubbelsträngad struktur. I tidiga celler antas RNA ha replikerat sig på detta sätt. Emellertid syntetiseras allt RNA i dagens celler av speciella enzymer som konstruerar en enkelsträngad RNA-kedja genom att använda en sträng i DNA-spiralen som mall. Även om RNA-molekyler syntetiseras i cellkärnan, där DNA är beläget, transporteras de flesta av dem till cytoplasman innan de utför sina funktioner.

messenger RNA; translation

budbärar-RNA; översättning Molekylär genetik framkom från insikten att DNA och RNA utgör det genetiska materialet i alla levande organismer. (1) DNA, som ligger i cellkärnan, består av nukleotider som innehåller baserna adenin (A), tymin (T), guanin (G) och cytosin (C). (2) RNA, som innehåller uracil (U) istället för tymin, transporterar den genetiska koden till proteinsyntesställen i cellen. (3) Messenger RNA (mRNA) bär sedan den genetiska informationen till ribosomer i cellcytoplasman som översätter den genetiska informationen till molekyler av protein. Encyclopædia Britannica, Inc.

var ligger new york-tiderna

RNA-molekylerna i celler har två huvudroller. Vissa, ribozymerna, viks upp på ett sätt som gör att de kan fungera som katalysatorer för specifika kemiska reaktioner. Andra fungerar som budbärar-RNA, som tillhandahåller mallar som specificerar syntesen av proteiner. Ribosomer , små proteinsyntesmaskiner som finns i cytoplasman, läser budbärar-RNA-molekylerna och översätter dem till proteiner med hjälp av genetisk kod . I denna översättning avkodas sekvensen av nukleotider i budbärar-RNA-kedjan tre nukleotider åt gången, och varje nukleotidtriplett (kallas ett kodon) specificerar en viss aminosyra. Således specificerar en nukleotidsekvens i DNA ett protein förutsatt att en budbärar-RNA-molekyl produceras från den DNA-sekvensen. Varje region i DNA-sekvensen som specificerar ett protein på detta sätt kallas en gen.



Genom ovanstående mekanismer katalyserar DNA-molekyler inte bara sin egen duplicering utan dikterar också strukturerna för alla proteinmolekyler. En enda mänsklig cell innehåller cirka 10 000 olika proteiner som produceras genom expression av 10 000 olika gener. Egentligen tros en uppsättning mänskliga kromosomer innehålla DNA med tillräcklig information för att uttrycka mellan 30 000 och 100 000 proteiner, men de flesta av dessa proteiner verkar bara tillverkas i specialiserade typer av celler och är därför inte närvarande i hela kroppen. (För ytterligare diskussion, se nedan Kärnan.)

Organisationen av celler

Intracellulär kommunikation

En cell med sina många olika DNA-, RNA- och proteinmolekyler skiljer sig ganska från ett provrör som innehåller samma komponenter. När en cell upplöses i ett provrör blandas tusentals olika typer av molekyler slumpmässigt. I den levande cellen förvaras emellertid dessa komponenter på specifika platser, vilket återspeglar den höga organisationsnivå som är nödvändig för cellens tillväxt och uppdelning. För att upprätthålla denna interna organisation krävs kontinuerlig energi, eftersom spontana kemiska reaktioner alltid skapar desorganisation. Således, mycket av den energi som frigörs av ATP hydrolys bränner processer som organiserar makromolekyler inuti cellen.

hur många mästerskap har red sox

När en eukaryot cell undersöks med hög förstoring i ett elektronmikroskop, blir det uppenbart att specifika membranbundna organeller delar inredningen i en mängd olika underkomponenter. Även om det inte detekteras i elektronmikroskopet, framgår det av biokemiska analyser att varje organell innehåller en annan uppsättning makromolekyler. Denna biokemiska segregering återspeglar den funktionella specialiseringen i varje fack. Således innehåller mitokondrierna, som producerar det mesta av cellens ATP, alla enzymer som behövs för att utföra trikarboxylsyracykel och oxidativ fosforylering. På liknande sätt är de nedbrytande enzymerna som behövs för den intracellulära nedbrytningen av oönskade makromolekyler begränsade till lysosomer .



De relativa volymerna som upptas av vissa cellulära fack i en typisk levercell
mobilfack procent av den totala cellvolymen ungefärligt antal per cell
cytosol 54 1
mitokondrion 22 1700
endoplasmatisk retikulum plus Golgi-apparat femton 1
kärna 6 1
lysosom 1 300

Det framgår tydligt av denna funktionella segregering att de många olika proteiner som specificeras av generna i cellkärnan måste transporteras till facket där de kommer att användas. Inte överraskande innehåller cellen ett omfattande membranbundet system som ägnas åt att upprätthålla just denna intracellulära ordning. Systemet fungerar som ett postkontor, vilket garanterar en korrekt dirigering av nysyntetiserade makromolekyler till deras rätta destinationer.

Alla proteiner syntetiseras på ribosomer i cytosolen. Så snart den första delen av aminosyrasekvensen för ett protein kommer ut ur ribosom , inspekteras den för närvaron av en kort endoplasmatisk retikulum (ER) -signalsekvens. De ribosomer som framställer proteiner med en sådan sekvens transporteras till ytan av ER-membranet, där de slutför sin syntes; proteinerna som framställts på dessa ribosomer överförs omedelbart genom ER-membranet till insidan av ER-avdelningen. Proteiner som saknar ER-signalsekvensen förblir i cytosolen och frigörs från ribosomerna när deras syntes är klar. Denna kemiska beslutsprocess placerar några nyligen avslutade proteinkedjor i cytosolen och andra inom ett omfattande membranavgränsat fack i cytoplasman, vilket representerar det första steget i intracellulär proteinsortering.



De nygjorda proteinerna i båda cellavdelningarna sorteras sedan vidare enligt ytterligare signalsekvenser som de innehåller. Vissa av proteinerna i cytosolen finns kvar, medan andra går till ytan av mitokondrier eller (i växtceller) kloroplaster, där de överförs genom membranen till organellerna. Subsignaler på vart och ett av dessa proteiner anger sedan exakt var i organellen proteinet hör hemma. Proteinerna som ursprungligen sorterades i ER har ett ännu bredare utbud av destinationer. Några av dem finns kvar i ER, där de fungerar som en del av organellen. De flesta går in i transportblåsor och passerar till Golgi-apparaten, separata membranbundna organeller som innehåller minst tre underkomponenter. Några av proteinerna behålls i underkomponenterna i Golgi, där de används för funktioner som är speciella för den organellen. De flesta kommer så småningom in i vesiklar som lämnar Golgi för andra cellulära destinationer såsom cellmembran, lysosomer eller speciella sekretoriska vesiklar. (För ytterligare diskussion, se nedan Inre membran.)