Preučite strukturo dvojne vijačnice DNA, da se naučite, kako organska kemikalija določa lastnosti organizma. James Watson in Francis Crick sta revolucionarno preučila genetiko, ko sta odkrila strukturo DNK. Encyclopædia Britannica, Inc. Oglejte si vse videoposnetke tega članka
V začetku 19. stoletja je postalo splošno sprejeto, da so vsi živi organizmi sestavljeni iz celic, ki izvirajo le iz rasti in delitve drugih celic. Izboljšanje mikroskopa je nato pripeljalo do obdobja, v katerem so številni biologi intenzivno opazovali mikroskopsko zgradbo celic. Do leta 1885 je veliko posrednih dokazov nakazovalo, da kromosomi - temno obarvane niti v celičnem jedru - so vsebovale informacije o dednosti celic. Kasneje se je pokazalo, da so kromosomi približno polovica DNA in polovica beljakovin po teži.
koliko pokalov je osvojil gretzky
Revolucionarno odkritje, ki nakazuje, da bi molekule DNA lahko zagotovile informacije za lastno razmnoževanje, je prišlo leta 1953, ko je ameriški genetik in biofizik James Watson in britanski biofizik Francis Crick je predlagal model za strukturo dvoverižne molekule DNA (imenovane dvojna vijačnica DNA). V tem modelu vsak pramen služi kot predloga pri sintezi komplementarnega sklopa. Kasnejše raziskave so potrdile Watson in Crick model replikacije DNK in pokazale, da DNA nosi genetske informacije za razmnoževanje celotne celice.
Struktura DNK Prvotni predlog strukture DNK Jamesa Watsona in Francisa Cricka je spremljal predlog o načinih razmnoževanja. Enciklopedija Britannica, Inc.
Sprva naj bi bile vse genetske informacije v celici omejene na DNK v kromosomih celičnega jedra. Kasnejša odkritja so odkrila majhne količine dodatnih genetskih informacij, prisotnih v DNK veliko manjših kromosomov, ki se nahajajo v dveh vrstah organelov v citoplazmi. Te organele so mitohondrije v žival celic ter mitohondrijev in kloroplastov v rastlina celic. Posebni kromosomi prenašajo informacije, ki kodirajo nekaj številnih beljakovin in molekul RNA, ki jih potrebujejo organele. Namigujejo tudi na evolucijski izvor teh organelov, ki naj bi izvirale kot prosto živeče bakterije, ki so jih drugi organizmi prevzeli v procesu simbioze.
RNA se lahko replicira z mehanizmi, povezanimi s tistimi, ki jih uporablja DNA, čeprav ima enoverižno namesto dvoverižno strukturo. V zgodnjih celicah naj bi se RNA replicirala na ta način. Vendar celotno RNA v današnjih celicah sintetizirajo posebni encimi, ki tvorijo enoverižno verigo RNA z uporabo ene verige vijačnice DNA kot predloge. Čeprav se molekule RNA sintetizirajo v celičnem jedru, kjer se nahaja DNK, se večina od njih prenese v citoplazmo, preden začnejo opravljati svoje funkcije.
selna RNA; prevod Molekularna genetika je nastala zaradi spoznanja, da DNA in RNA tvorita genski material vseh živih organizmov. (1) DNA, ki se nahaja v celičnem jedru, je sestavljena iz nukleotidov, ki vsebujejo baze adenin (A), timin (T), gvanin (G) in citozin (C). (2) RNA, ki namesto timina vsebuje uracil (U), genetsko kodo prenese na mesta za sintetiziranje beljakovin v celici. (3) Messenger RNA (mRNA) nato genetske informacije prenese v ribosome v celični plazmi, ki genetske informacije prevedejo v molekule beljakovin. Enciklopedija Britannica, Inc.
Molekule RNA v celicah imajo dve glavni vlogi. Nekateri, ribozimi, se zložijo na načine, ki jim omogočajo, da služijo kot katalizatorji za določene kemične reakcije. Drugi služijo kot messenger RNA, ki vsebuje predloge, ki določajo sintezo beljakovin. Ribosomi , drobni stroji za sintetiziranje beljakovin, ki se nahajajo v citoplazmi, berejo molekule prenosne RNA in jih pretvorijo v beljakovine z uporabo genetska koda . V tem prevodu zaporedje nukleotidov v verigi prenosne RNA dekodira tri nukleotide naenkrat in vsak nukleotidni triplet (imenovan kodon) določa določeno aminokislino. Nukleotidno zaporedje v DNK tako določa protein, pod pogojem, da iz te zaporedja DNA nastane molekula posrednika RNA. Vsako področje zaporedja DNA, ki na ta način določa protein, se imenuje gen.
Po zgornjih mehanizmih molekule DNA ne katalizirajo samo lastnega podvajanja, temveč tudi narekujejo strukture vseh beljakovinskih molekul. Samski človek celica vsebuje približno 10.000 različnih beljakovin, proizvedenih z izražanjem 10.000 različnih genov. Pravzaprav naj bi nabor človeških kromosomov vseboval DNA z dovolj informacij, da izrazi med 30.000 in 100.000 beljakovinami, vendar se zdi, da je večina teh beljakovin narejena le v specializiranih vrstah celic in zato niso prisotne v telesu. (Za nadaljnjo razpravo glej spodaj Jedro.)
Celica s številnimi različnimi molekulami DNA, RNA in beljakovin se precej razlikuje od epruvete, ki vsebuje enake sestavine. Ko se celica raztopi v epruveti, se naključno pomeša na tisoče različnih vrst molekul. V živi celici pa se te komponente hranijo na določenih mestih, kar odraža visoko stopnjo organiziranosti, ki je bistvena za rast in delitev celice. Vzdrževanje te notranje organizacije zahteva stalen vnos energije, ker spontane kemijske reakcije vedno povzročijo neorganiziranost. Tako veliko energije sprosti ATP hidroliza spodbuja procese, ki organizirajo makromolekule znotraj celice.
Ko a evkariontska celica se pregleda z veliko povečavo v elektronskem mikroskopu, postane očitno, da posebne z membrano vezane organele delijo notranjost na različne pododdelke. Čeprav ga v elektronskem mikroskopu ni mogoče zaznati, je iz biokemijskih testov razvidno, da vsaka organela vsebuje drugačen nabor makromolekul. Ta biokemična ločitev odraža funkcionalno specializacijo vsakega oddelka. Tako mitohondriji, ki proizvajajo večino celicnega ATP, vsebujejo vse encime, potrebne za cikel trikarboksilne kisline in oksidativno fosforilacijo. Podobno so razgradni encimi, potrebni za znotrajcelično prebavo neželenih makromolekul, omejeni na lizosomi .
| celični predelek | odstotkov celotne prostornine celice | približno število na celico |
|---|---|---|
| citosol | 54 | 1. |
| mitohondrija | 22. | 1.700 |
| endoplazemski retikulum in Golgijev aparat | petnajst | 1. |
| jedro | 6. | 1. |
| lizosom | 1. | 300 |
Iz te funkcionalne segregacije je razvidno, da je treba številne različne beljakovine, ki jih določajo geni v celičnem jedru, prepeljati v predel, kjer bodo uporabljeni. Ni presenetljivo, da celica vsebuje obsežen sistem, vezan na membrano, namenjen vzdrževanju ravno tega znotrajceličnega reda. Sistem služi kot pošta, ki zagotavlja pravilno usmerjanje novo sintetiziranih makromolekul do ustreznih ciljev.
Vsi proteini se sintetizirajo na ribosomih, ki se nahajajo v citozolu. Takoj, ko se prvi del aminokislinskega zaporedja beljakovin pojavi iz ribosom se pregleda na prisotnost kratkega signalnega zaporedja endoplazmatskega retikuluma (ER). Tisti ribosomi, ki tvorijo beljakovine s takšnim zaporedjem, se prepeljejo na površino ER membrane, kjer zaključijo svojo sintezo; beljakovine, ki nastanejo na teh ribosomih, se takoj prenesejo skozi membrano ER v notranjost oddelka ER. Beljakovine, ki nimajo signalnega zaporedja ER, ostanejo v citozolu in se sprostijo iz ribosomov, ko je njihova sinteza končana. Ta postopek kemijske odločitve postavi nekatere na novo dokončane beljakovinske verige v citosol, druge pa v obsežen z membrano omejen predelek v citoplazmi, kar predstavlja prvi korak pri razvrščanju beljakovin znotraj celic.
Na novo izdelane beljakovine v obeh celičnih oddelkih nato razvrstimo naprej glede na dodatna signalna zaporedja, ki jih vsebujejo. Nekateri proteini v citozolu ostanejo tam, drugi pa gredo na površino mitohondrijev (v rastlinskih celicah) kloroplastov, kjer se skozi membrane prenesejo v organele. Subignali na vsaki od teh beljakovin nato natančno določajo, kam v organeli beljakovina sodi. Beljakovine, prvotno razvrščene v ER, imajo še več ciljev. Nekateri med njimi ostanejo v ER, kjer delujejo kot del organele. Večina vstopi v transportne vezikle in preide v Golgijev aparat, ločene z membrano omejene organele, ki vsebujejo vsaj tri pododdelke. Nekatere beljakovine se zadržijo v pododdelkih Golgija, kjer se uporabljajo za funkcije, značilne za to organelo. Večina sčasoma vstopi v vezikule, ki zapustijo Golgi, do drugih celičnih destinacij, kot so celična membrana, lizosomi ali posebne sekretorne vezikule. (Za nadaljnjo razpravo glej spodaj Notranje membrane.)
