Kitab rəfi

Göndərildi: 08.09.2021
Məqalənin müəllifi Adəm Quliyev

NCBI Kitab Rafı. Milli Tibb Kitabxanasının, Milli Səhiyyə İnstitutunun xidməti.

Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. Hüceyrənin Molekulyar Biologiyası. 4 -cü nəşr. New York: Garland Science; 2002.

  • Nəşriyyatla razılaşma əsasında bu kitab axtarış funksiyası ilə əldə edilə bilər, lakin gözdən keçirilə bilməz.

Hüceyrənin Molekulyar Biologiyası. 4 -cü nəşr.

Yerdəki hüceyrələrin universal xüsusiyyətləri

Bu gün Yer kürəsində 10 milyondan çox - bəlkə də 100 milyondan çox canlı növünün olduğu təxmin edilir. Hər bir növ fərqlidir və hər biri eyni növə mənsub olan nəsillər verən sədaqətlə çoxalır: ana orqanizm, nəslin xüsusiyyətlərini fövqəladə detallarla ifadə edən məlumatları təhvil verir. Bu irsiyyətfenomenihəyat tərifinin mərkəzi hissəsidir: həyatı kristalın böyüməsi, şamın yandırılması və ya su üzərində dalğaların əmələ gəlməsi kimi nizamlı quruluşların meydana gəldiyi, lakin eyni olmayan digər proseslərdən fərqləndirir. valideynlərin xüsusiyyətləri ilə nəslin xüsusiyyətləri arasındakı əlaqə növü. Şam alovu kimi, canlı orqanizm öz təşkilatını yaratmaq və saxlamaq üçün sərbəst enerji istehlak etməlidir; lakin sərbəst enerji irsi məlumatlarla müəyyən edilən çox mürəkkəb kimyəvi proseslər sistemini idarə edir.

Canlı orqanizmlərin çoxu tək hüceyrələrdən ibarətdir; digərləri, məsələn, bizim kimi, hüceyrə qruplarının xüsusi funksiyaları yerinə yetirdiyi və mürəkkəb ünsiyyət sistemləri ilə əlaqəli olduğu çox hüceyrəli böyük şəhərlərdir. Ancaq bütün hallarda, tək bakteriyanı və ya insan bədənini meydana gətirən 10 13 -dən çox hüceyrənin məcmuunu müzakirə etsək də, bütün orqanizm tək bir hüceyrədən hüceyrə bölünmələri nəticəsində meydana gəlmişdir. Bu səbəbdən tək hüceyrə, növləri təyin edən irsi məlumatların daşıyıcısıdır (Şəkil 1-1). Və bu məlumatlarla təyin olunan hüceyrə, ətraf mühitdən xammal toplayan və onlardan öz görünüşündə yeni bir hüceyrə quran, irsi məlumatların yeni bir nüsxəsi ilə tamamlanan maşınları ehtiva edir. Hüceyrədən başqa heç bir şey bu qabiliyyətə malik deyil.

Şəkil 1-1

Yumurta hüceyrəsindəki irsi məlumatlar bütün çoxhüceyrəli orqanizmin xüsusiyyətini təyin edir. (A və B) Dəniz balığının yumurtası dəniz kərtənkələsinə səbəb olur. (C və D) Siçan yumurtası siçanı əmələ gətirir. (E və F) Dənizyosunu Fucusunbir yumurtası əmələgətirir (daha çox.)

Bütün Hüceyrələr İrsi Məlumatlarını Eyni Xətti Kimya Kodunda (DNT) saxlayır

Kompüterlər bizə məlumat anlayışını ölçülə bilən bir kəmiyyət olaraq tanıdırdı-bir disketdə bir milyon bayt (təxminən 200 səhifəyə uyğun mətn), bir CD-ROMda 600 milyon və s. Eyni məlumatın bir çox fərqli fiziki formada qeyd oluna biləcəyini də bizə narahatlıqla bildirdilər. Bir növ kompüterdə yazılmış bir sənəd digərində oxunmaz ola bilər. Kompüter dünyası inkişaf etdikcə, elektron arxivlərimiz üçün 10 il əvvəl istifadə etdiyimiz disklər və kasetlər indiki maşınlarda oxunmaz hala gəldi. Kompüterlər kimi canlı hüceyrələr məlumatla məşğul olur və 3,5 milyard ildən çoxdur ki, təkamül etdikləri və şaxələndikləri təxmin edilir. Hamısının məlumatlarını eyni formada saxlamaları gözlənilmir.ya da bir növ hüceyrənin arxivinin digərinin məlumat işləmə maşınları tərəfindən oxunmalı olduğunu. Və yenə də belədir. Yerdəki bütün canlı hüceyrələr, heç bir istisna olmadan, irsi məlumatlarını hər zaman eyni dörd növ monomerdən-A, T, C, Г. Bu monomerlər, 1s və 0s ardıcıllığı kompüter sənədindəki məlumatları kodladığı kimi, genetik məlumatları kodlayan uzun bir xətti ardıcıllıqla bir -birinə bağlanır. Bir insan hüceyrəsindən bir DNT parçası götürüb bir bakteriyaya və ya bir bakteriya DNT parçasına daxil edərək insan hüceyrəsinə daxil edə bilərik və məlumatlar uğurla oxunacaq, şərh ediləcək və kopyalanacaqdır. Kimyəvi üsullardan istifadə edərək,elm adamları, hər hansı bir DNT molekulundakı monomerlərin tam ardıcıllığını oxuya bilər - milyonlarla nukleotidi əhatə edir və bununla da hər bir orqanizmin ehtiva etdiyi irsi məlumatları deşifr edə bilərlər.

Bütün Hüceyrələr Şablonlu Polimerləşmə ilə İrsi Məlumatlarını Təkrarlayır

Həyatı mümkün edən mexanizmləri başa düşmək üçün, cüt telli DNT molekulunun quruluşunu anlamaq lazımdır. Tək bir DNA zəncirindəki hər bir monomer, yəni hər bir nukleotid, iki hissədən ibarətdir: bir fosfat qrupu ilə bağlanmış bir şəkər (deoksiriboz) və bir bazya adenin (A), guanin (G), sitozin (C) və ya timin (T) ola bilər (Şəkil 1-2). Hər bir şəkər, fosfat qrupu vasitəsi ilə bir-birinə bağlanır, ondan çıxan bir sıra baza ilə təkrarlanan şəkər-fosfat onurğasından ibarət bir polimer zənciri yaradır. DNT polimeri bir ucuna monomerlər əlavə etməklə uzanır. Tək təcrid olunmuş bir tel üçün bunlar, prinsipcə, hər hansı bir qaydada əlavə edilə bilər, çünki hər biri digərinə eyni şəkildə, molekulun hamısı üçün eyni olan hissəsi vasitəsilə bağlanır. Canlı hüceyrədə isə bir məhdudiyyət var: DNT tək bir şəkildə sərbəst bir zolaq olaraq deyil, əvvəlcədən mövcud olan bir DNT zəncirinin yaratdığı bir şablon üzərində sintez olunur. Mövcud iplikdən çıxan əsaslar, təməllərin tamamlayıcı quruluşları tərəfindən təyin olunan ciddi bir qaydaya əsasən, sintez olunan ipin əsaslarına bağlanır:A T-yə, C isə G-yə bağlanır. Bu əsas cütləşmə təzə monomerləri yerində saxlayır və bununla da dörd monomerdən birinin böyüyən ipə hansının əlavə olunacağını seçməyə nəzarət edir. Bu şəkildə, As, Cs, Ts və Gs tam olaraq tamamlayan iki ardıcıllıqdan ibarət olan iki telli bir quruluş yaradılır. İki ip bir-birinə bükülür və ikiqat sarmal əmələ gətirir (Şəkil 1-2E).

Şəkil 1-2

DNT və onun tikinti blokları. (A) DNT, hər biri azot ehtiva edən yan qrupu və ya bazası olan şəkər-fosfat molekulundan ibarət olan nukleotidlər adlanan sadə alt hissələrdən hazırlanır. Əsaslar dörd növdür (adenin, guanin, sitozin, (daha çox).

Baza cütləri arasındakı bağlar şəkər-fosfat bağları ilə müqayisədə zəifdir və bu, iki DNT ipinin onurğa sümükləri qırılmadan ayrılmasına imkan verir. Daha sonra hər bir ip, təzə təsvir edildiyi kimi, özünü tamamlayan təzə bir DNT zəncirinin-təzə bir nüsxənin, yəni irsi məlumatın sintezi üçün şablon ola bilər (Şəkil 1-3). Fərqli hüceyrə növlərində, bu DNT replikasiyaprosesi fərqli sürətlərdə baş verir, onu başlatmaq və ya dayandırmaq üçün fərqli nəzarətlər və buna kömək etmək üçün fərqli köməkçi molekullar. Ancaq əsaslar universaldır: DNT məlumat anbarıdırşablonlu polimerləşmə, bu məlumatın canlı dünyada kopyalanma yoludur.

Şəkil 1-3

DNT replikasiyası ilə genetik məlumatların təkrarlanması. Bu prosesdə, bir DNT cüt sarmalının iki ipi ayrılır və hər biri yeni bir tamamlayıcı ipin sintezi üçün şablon rolunu oynayır.

Bütün Hüceyrələr İrsi Məlumatlarının Bir hissəsini Eyni Aralıq Formaya (RNA) köçürür

Məlumat saxlama funksiyasını yerinə yetirmək üçün DNT, hər bir hüceyrə bölünməsindən əvvəl təsvir olunan mexanizmlə özünü kopyalamaqla kifayətlənməlidir. Hüceyrədəki digər molekulların sintezini istiqamətləndirmək üçün məlumatlarını da ifadə etməli. Bu, bütün canlı orqanizmlərdə eyni olan və hər şeydən əvvəl digər iki əsas polimer sinifinin: RNT və zülalların istehsalına səbəb olan bir mexanizmlə meydana gəlir. Proses, DNT ardıcıllığının seqmentlərinin sıx əlaqəli polimer ribonüklein turşusunundaha qısa molekullarının sintezini istiqamətləndirmək üçün şablon olaraq istifadə edildiyi transkripsiya adlı şablonlu bir polimerləşmə ilə başlayır.və ya RNT. Daha sonra, daha mürəkkəb tərcümə prosesində, bu RNT molekullarının bir çoxu, kökündən fərqli bir kimyəvi sinifin- zülallarınpolimerlərinin sintezini istiqamətləndirməyə xidmət edir (Şəkil 1-4).

Şəkil 1-4

DNT -dən zülala. Genetik məlumatlar iki addımlı bir proses vasitəsilə oxunur və istifadə olunur. Birincisi, transkripsiyada, RNT molekullarının sintezini istiqamətləndirmək üçün DNT ardıcıllığının seqmentlərindən istifadə olunur. Sonra tərcümədəRNT molekullarından istifadə olunur (daha çox.)

RNT -də, onurğa DNT -dən bir qədər fərqli bir şəkərdən əmələ gəlir - deoksiriboz əvəzinə riboz - və dörd əsasdan biri timinin (T) yerinə urasil (U); lakin digər üç əsas - A, C və G - eynidir və dörd bazanın hamısı DNT -dəki tamamlayıcı həmkarları ilə birləşir - A, U, C və G RNT ilə T, A, G və C DNT -dən. Transkripsiya zamanı RNT monomerləri, DNT monomerlərinin replikasiya zamanı seçildiyi kimi, bir şablon DNT -də polimerləşmə üçün sıralanır və seçilir. Nəticə, nukleotidlərin ardıcıllığı, DNT monomerləri yerinə RNA monomerlərindən ibarət bir az fərqli bir əlifba ilə yazılsa da, hüceyrənin genetik məlumatının bir hissəsini sadiq şəkildə təmsil edən bir polimer molekuldur.

Eyni DNT seqmenti bir çox eyni RNT transkriptlərinin sintezini istiqamətləndirmək üçün dəfələrlə istifadə edilə bilər. Beləliklə, hüceyrənin DNT şəklində olan genetik məlumat arxivi sabit və müqəddəs olduğu halda, RNT transkriptləri kütləvi şəkildə istehsal olunur və birdəfəlik istifadə olunur (Şəkil 1-5). Gördüyümüz kimi, bu transkriptlərin çoxunun əsas rolu genetik məlumatların ötürülməsində vasitəçi olmaqdır:DNT -də saxlanılan genetik təlimatlara uyğun olaraq zülalların sintezini istiqamətləndirmək üçün xəbərçi RNT ( mRNA) kimi xidmət edir .

Şəkil 1-5

Hüceyrə daxilində istifadə üçün genetik məlumatların necə yayımlandığı. Hər bir hüceyrədə sabit bir DNT molekulu dəsti var - genetik məlumat arxivi. Bu DNT -nin müəyyən bir seqmenti (daha çox) olan bir çox eyni RNT transkriptlərinin sintezinə rəhbərlik edir.

RNT molekulları fərqli kimyəvi qabiliyyətlər də verə biləcək fərqli quruluşa malikdir. Tək telli olan onurğa sütunu elastikdir, belə ki, polimer zənciri molekulun bir hissəsinin eyni molekulun digər bir hissəsi ilə zəif bağlar yaratmasına imkan vermək üçün arxaya əyilə bilər. Bu, ardıcıllığın seqmentləri lokal olaraq tamamlayıcı olduqda baş verir: a. GGGG. seqment, məsələn, a ilə əlaqə qurmağa meyllidir. CCCC. seqment. Bu cür daxili birliklər, bir RNA zəncirinin ardıcıllığı ilə müəyyən bir forma qatlanmasına səbəb ola bilər (Şəkil 1-6). RNT molekulunun forması, öz növbəsində, digər molekulları seçici olaraq bağlayaraq tanımasına və hətta bəzi hallarda bağlanmış molekullardakı kimyəvi dəyişiklikləri katalizasiya etməsinə imkan verə bilər. Daha sonra bu kitabda gördüyümüz kimi,RNT molekulları tərəfindən kataliz edilən bir neçə kimyəvi reaksiya, canlı hüceyrələrdəki ən qədim və əsas proseslər üçün çox vacibdir və RNT tərəfindən daha geniş bir katalizin həyatın erkən təkamülündə mərkəzi rol oynadığı irəli sürülmüşdür (Fəsil 6 -da müzakirə olunur) .

Şəkil 1-6

Bir RNT molekulunun konformasiyası. (A) Eyni RNT polimer zəncirinin fərqli bölgələri arasında nükleotid cütləşməsi molekulun fərqli bir forma almasına səbəb olur. (B) Hepatit delta virusundan həqiqi bir RNT molekulunun üçölçülü quruluşu (daha çox.)

Bütün hüceyrələr zülalları katalizator kimi istifadə edirlər

Zülal molekulları, DNT və RNT molekulları kimi, bütün canlı hüceyrələr üçün eyni olan standart bir repertuardan çəkilmiş monomerik tikinti bloklarının bir araya gəlməsi nəticəsində əmələ gələn uzun dalsız polimer zəncirlərdir. DNT və RNT kimi, məlumatları əlifba sırası ilə yazılmış bir insan mesajı ilə eyni şəkildə xətti bir simvol ardıcıllığı şəklində daşıyırlar. Hər bir hüceyrədə bir çox fərqli protein molekulu var və suyu tərk edərək hüceyrə kütləsinin çoxunu meydana gətirirlər.

Protein monomerləri olan amin turşuları, DNT və RNT -dən xeyli fərqlidir və 4 əvəzinə 20 növ var. dəstdəki hər hansı digər amin turşusu; Bu nüvəyə bağlı olan hər bir amin turşusuna fərqli bir kimyəvi xüsusiyyət verən bir yan qrupdur. Amin turşularının müəyyən bir ardıcıllıqla birləşməsi nəticəsində yaranan zülal molekullarının və ya polipeptidlərinin hər biri səthində reaktiv yerləri olan dəqiq üçölçülü bir forma qatlanır (Şəkil 1-7A). Bu amin turşusu polimerləri digər molekullara yüksək spesifikliklə bağlanır və kovalent bağların qurulduğu və qırıldığı reaksiyaları katalizasiya etmək üçün ferment rolunu oynayır. Bu şəkildə hüceyrədəki kimyəvi proseslərin böyük əksəriyyətini yönləndirirlər (Şəkil 1-7B).Proteinlərin bir çox başqa funksiyası da vardır - strukturları qorumaq, hərəkətlər yaratmaq, siqnalları hiss etmək və s. Zülallar, hər şeydən əvvəl, hüceyrənin genetik məlumatlarını hərəkətə keçirən molekullardır.

Şəkil 1-7

Bir protein molekulunun kimyəvi reaksiya üçün necə katalizator rolunu oynadığı. (A) Bir protein molekulunda polimer zənciri, amin turşusu ardıcıllığı ilə müəyyən edilmiş müəyyən bir forma qədər qatlanır. Bu xüsusi qatlanmış molekulun, ferment lizoziminin (daha çox) səthində bir yiv.

Beləliklə, polinukleotidlər zülalların amin turşusu ardıcıllığını təyin edir. Proteinlər, öz növbəsində, yeni DNT molekullarının sintez edilməsi də daxil olmaqla bir çox kimyəvi reaksiyanı kataliz edir və DNT -dəki genetik məlumatlar həm RNT, həm də zülallar yaratmaq üçün istifadə olunur. Bu geribildirim döngəsi, canlı orqanizmlərin avtokatalitik, özünü çoxaldan davranışlarının əsasını təşkil edir (Şəkil 1-8).

Şəkil 1-8

Həyat avtokatalitik bir proses olaraq. Polinukleotidlər (nukleotid polimerləri) və zülallar (amin turşusu polimerləri) ardıcıllıq məlumatlarını və kompleks kimyəvi reaksiyalar dəsti ilə xidmət edən katalitik funksiyaları təmin edir (daha çox).

Bütün Hüceyrələr RNT -ni Eyni Proteinə çevirirlər

Polinükleotidlərin 4 hərfli əlifbasından genetik məlumatların 20 hərfli zülal əlifbasına çevrilməsi kompleks bir prosesdir. Bu tərcümənin qaydaları, bütün canlılarda (kiçik istisnalar istisna olmaqla) eyni olduğunu nəzərə alsaq, bəzi cəhətlərdən səliqəli və rasional, digər tərəfdən qəribə dərəcədə ixtiyari görünür. Bu ixtiyari xüsusiyyətlərin, həyatın erkən tarixində donmuş qəzaları - irsiyyət yolu ilə ötürülən və bütün canlı hüceyrələrin quruluşuna o qədər dərindən yerleşmiş təsadüfi xüsusiyyətlərini əks etdirdikləri düşünülür, qırılmadan dəyişdirilə bilməzlər. hüceyrə təşkilatı.

Bir xəbərçi RNT molekulu sırasındakı məlumatlar bir anda üç nukleotiddən ibarət qruplar şəklində oxunur: nukleotidlərin hər üçlüyü və ya kodon, uyğun bir proteində tək bir amin turşusu təyin edir ( kodlaşdırır). 64 (= 4 × 4 × 4) mümkün kodon, ancaq 20 amin turşusu olduğundan, bir neçə kodonun eyni amin turşusuna uyğun gəlməsi halları çoxdur. Kod, kiçik RNT molekullarının xüsusi bir sinfi, köçürmə RNT -ləri ( tRNA -lar) tərəfindən oxunur . Hər bir tRNA növü bir ucunda müəyyən bir amin turşusuna bağlanır və digər ucunda üç cütnukleotiddən ibarət xüsusi bir ardıcıllıq- antikodon-baza cütləşməsi yolu ilə müəyyən bir kodon və ya alt kodon qrupunutanımağa imkan verir. mRNA (Şəkil 1-9).

Şəkil 1-9

RNT -ni köçürün. (A) Triptofan amin turşusu üçün spesifik tRNA molekulu. TRNA molekulunun bir ucunda triptofan bağlanır, digər ucunda isə triptofan kodonunu tanıyan CCA (antikodonu) üçlü nukleotid ardıcıllığı göstərilir.

Protein sintezi üçün, uyğun amin turşuları ilə yüklənmiş tRNA molekullarının bir ardıcıllığı, bir mRNA molekulu ilə bir araya gətirilməli və ardıcıl kodonları ilə antikodonları vasitəsilə baza cütləşməsi ilə uyğunlaşdırılmalıdır. Artan protein zəncirini uzatmaq üçün amin turşuları bir -birinə bağlanmalı və yüklərindən azad olan tRNA -ları sərbəst buraxılmalıdır. Bütün bu proseslər kompleksi, ribosomal RNT ( rRNA)adlanan iki əsas RNT zəncirindən meydana gələn nəhəng bir çox molekulyar maşın olan ribosom tərəfindən həyata keçirilir.) və 50 -dən çox fərqli zülal var. Bu təkamül baxımından qədim molekulyar hoqqabaz bir mRNA molekulunun ucuna yapışır və daha sonra yüklənmiş tRNA molekullarını tutaraq yeni bir zülal zənciri yaratmaq üçün daşıdıqları amin turşularını bir-birinə yapışdırır (Şəkil 1-10).

Şəkil 1-10

İş yerində bir ribosoma. (A) Diaqram, ribozomun mRNA molekulları boyunca necə hərəkət etdiyini, mRNA -dakı kodonlara uyğun gələn tRNA molekullarını tutduğunu və amin turşularını bir protein zəncirinə birləşdirmək üçün istifadə etdiyini göstərir. MRNA amin turşularının ardıcıllığını təyin edir. (daha çox.)

Bir Zülala Uyğun Genetik Məlumat Fraqmenti Bir Gendir

DNT molekulları, bir qayda olaraq, çox böyükdür və minlərlə zülalın xüsusiyyətlərini ehtiva edir. Bütün DNA ardıcıllığının seqmentləri buna görə ayrı bir mRNA molekullarına köçürülür və hər seqment fərqli bir zülal kodlaşdırır. Bir gen, bir zülala (və ya zülal deyil, RNT istehsal edən genlər üçün tək bir katalitik və ya struktur RNT molekuluna) uyğun gələn DNT ardıcıllığı seqmenti olaraq təyin olunur.

Bütün hüceyrələrdə ayrı -ayrı genlərin ifadəsitənzimlənir: hüceyrə, mümkün olan zülallardan ibarət olan tam repertuarını hər zaman tam əyilmək əvəzinə, ehtiyaca görə fərqli genlərin transkripsiyası və tərcüməsini müstəqil olaraq tənzimləyir. Tənzimləyici DNTuzanırzülal kodlaşdıran seqmentlər arasında paylanır və bu kodlaşdırılmayan bölgələr, yerli transkripsiya sürətini idarə edən xüsusi protein molekullarına bağlanır (Şəkil 1-11). Digər kodlaşdırılmayan DNT də mövcuddur, bəziləri, məsələn, ayrı bir zülal üçün məlumatın harada başladığını və bitdiyini təyin edən durğu işarəsi kimi xidmət edir. Tənzimləyici və digər kodlaşdırılmayan DNT -nin miqdarı və təşkilatı bir orqanizm sinifindən digərinə çox dəyişir, lakin əsas strategiya universaldır. Bu şəkildə, hüceyrənin genomu, yəni tam DNT ardıcıllığında təcəssüm olunan genetik məlumatların cəmi, hüceyrənin zülallarının xüsusiyyətini deyil, həm də nə vaxt və harada hazırlanacağını təyin edir.

Şəkil 1-11

(A) Escherichia coli bakteriyasının dörd fərqli zülalı kodlayan genləri ( lacI, lacZ, lacYlacAadlanır) ehtiva edən kiçik bir hissəsinin diaqramı . Zülal kodlayan DNT seqmentləri (qırmızı)tənzimləyici və digər kodlaşdırmayan DNT seqmentlərinə malikdir (daha çox.)

Həyat Sərbəst Enerji İstəyir

Canlı hüceyrə kimyəvi tarazlıqdan uzaq bir sistemdir: böyük bir daxili sərbəst enerjiyə malikdir, yəni kimyəvi tarazlığa doğru ölməsinə və çürüməsinə icazə verilsə, istilik olaraq ətrafa çoxlu enerji buraxılır. Hüceyrənin öz imicində yeni bir hüceyrə meydana gətirməsi üçün, zəruri sintetik reaksiyaları idarə etmək üçün ətraf mühitdən və xammaldan azad enerji almalıdır. Bu sərbəst enerji istehlakı həyat üçün əsasdır. Dayandıqda bir hüceyrə ölür. Genetik məlumatlar da həyat üçün əsasdır. Hər hansı bir əlaqə varmı?

Cavab bəli: məlumatın yayılması üçün sərbəst enerji lazımdır və əslində iki varlıq arasında dəqiq bir kəmiyyət əlaqəsi var. Bir məlumatı, yəni eyni ehtimal olunan iki alternativ arasında bir bəli/yox seçimini təyin etmək üçün, temperaturdan asılı olaraq müəyyən miqdar sərbəst enerji (joule ilə ölçülür) başa gəlir. Statistik termodinamikanın bu mücərrəd ümumi prinsipinin sübutu olduqca çətindir və "sərbəst enerji" termininin dəqiq tərifindən asılıdır (2 -ci fəsildə müzakirə olunur). Əsas fikri, DNT sintezi kontekstində intuitiv şəkildə anlamaq çətin deyil.

Mövcud bir DNT molekulu ilə eyni ardıcıllıqla yeni bir DNT molekulu yaratmaq üçün nükleotid monomerləri şablon olaraq istifadə olunan DNT ipinin üzərində düzgün ardıcıllıqla sıralanmalıdır. Ardıcıllığın hər bir nöqtəsində, uyğun nükleotidin seçilməsi, düzgün uyğunlaşdırılmış nükleotidin şablonla uyğun olmayan nukleotidlərdən daha möhkəm bağlanmasına bağlıdır. Bağlanma enerjisindəki fərq nə qədər böyükdürsə, uyğun olmayan nukleotidin təsadüfən düzgün nukleotid yerinə ardıcıllıqla daxil edildiyi hallar daha nadirdir. Yalnız sadalanan birbaşa və sadə mexanizm vasitəsi ilə və ya daha mürəkkəb bir şəkildə, bir sıra köməkçi kimyəvi reaksiyaların köməyi ilə yüksək sədaqət matçı,hər bir düzgün nukleotid quruluşundakı yerinə yerləşdirildikdə, çoxlu sərbəst enerjinin sərbəst buraxılması və istilik kimi yayılmasını tələb edir. Molekullar sistemi əvvəlində böyük bir sərbəst enerji ehtiyatı daşımadıqca bu baş verə bilməz. Nəhayət, yeni işə götürülən nükleotidlər bir araya gələrək yeni bir DNT şeridi meydana gətirdikdən sonra, uyğun gələn nükleotidləri yenidən məcbur etmək üçün yeni bir sərbəst enerji girməsi tələb olunur, çünki hər yeni ipin köhnə şablon ipindən ayrılması lazımdır. növbəti təkrarlama dövrü.Nükleotidləri bir -birindən ayırmaq üçün yeni bir sərbəst enerji girməsi tələb olunur, çünki hər bir yeni iplik, təkrar təkrarlanmasına imkan vermək üçün köhnə şablon ipindən ayrılmalıdır.Nükleotidləri yenidən bir -birindən ayırmaq üçün yeni bir sərbəst enerji girişi tələb olunur, çünki hər bir yeni iplik, təkrarlanmanın növbəti turuna imkan vermək üçün köhnə şablon ipindən ayrılmalıdır.

Bu səbəbdən hüceyrə, genetik məlumatlarını sədaqətlə təkrarlamaq üçün ətrafından bir şəkildə idxal edilməli olan sərbəst enerjiyə ehtiyac duyur. Eyni prinsip, hüceyrələrdəki molekulların çoxunun sintezi üçün də keçərlidir. Məsələn, RNT və ya zülal istehsalında, mövcud genetik məlumatlar molekulyar uyğunlaşma prosesi vasitəsilə yeni molekulun ardıcıllığını diktə edir və monomerləri xammaldan və əlaqədən quran bir çox kimyəvi reaksiyanı irəli sürmək üçün sərbəst enerji tələb olunur. onları birlikdə düzgün birləşdirin.

Bütün Hüceyrələr Eyni Əsas Molekulyar Bina Blokları ilə Məşğul olan Biyokimyəvi Fabriklər kimi İşləyir

Bütün hüceyrələr DNT, RNT və zülal yaratdığından və bu makromolekullar hər vəziyyətdə eyni alt hissələrdən ibarət olduğundan, bütün hüceyrələr sadə şəkərlər, nukleotidlər və amin turşuları da daxil olmaqla oxşar kiçik molekullar toplusunu ehtiva etməli və manipulyasiya etməlidir. sintezi üçün universal olaraq lazım olan digər maddələr. Bütün hüceyrələr, məsələn, DNT və RNT sintezi üçün bir bina bloku olaraq fosforlanmış nükleotid ATP (adenozin trifosfat)tələb edir ; və bütün hüceyrələr də bu molekulu bir çox digər kimyəvi reaksiyaları idarə etmək üçün sərbəst enerji və fosfat qruplarının daşıyıcısı olaraq hazırlayır və istehlak edir.

Bütün hüceyrələr geniş oxşar tipli biokimyəvi fabriklər kimi fəaliyyət göstərsələr də, kiçik molekul əməliyyatlarının bir çox detalı fərqlidir və məlumat makromolekullarının qəti şəkildə universal olan xüsusiyyətlərə işarə etmək qədər asan deyil. Bitkilər kimi bəzi orqanizmlər, demək olar ki, bütün öz kiçik üzvi molekullarından etmək üçün ən sadə qida maddələrinə ehtiyac duyur və günəş işığının enerjisindən istifadə edirlər; heyvanlar kimi digər orqanizmlər canlılarla qidalanır və bir çox üzvi molekullarını hazır vəziyyətə gətirirlər. Aşağıdakı nöqtəyə qayıdırıq.

Bütün Hüceyrələr Qidalanma və Tullantıların Keçməli Olduğu Plazma Membranında Qaldır

Bununla birlikdə, hüceyrələrin ən az bir başqa xüsusiyyəti var: hər biri bir membranla - plazma membranı ilə əhatə olunmuşdur. Bu konteyner hüceyrənin ətraf mühitdən topladığı qida maddələrini cəmləməsinə və tullantı məhsullarını xaric edərkən sintez etdiyi məhsulları özündə saxlamasına imkan verən seçici bir maneə rolunu oynayır. Plazma membranı olmadan hüceyrə koordinasiyalı bir kimyəvi sistem olaraq bütövlüyünü qoruya bilməz.

Bu membran, amfipatikolmağın sadə fiziki-kimyəvi xüsusiyyətinə malik olan bir molekullardan ibarətdir,yəni hidrofob (suda həll olunmayan) və hidrofilik (suda həll olunan) bir hissədən ibarətdir. Bu cür molekullar suya yerləşdirildikdə, hidrofobik hissələrini açıq saxlayaraq hidrofob hissələrini sudan gizlətmək üçün bir -birləri ilə mümkün qədər təmasda olacaq şəkildə təşkil edirlər. Plazma membranının çox hissəsini təşkil edən fosfolipid molekulları kimi uyğun formalı amfipatik molekullar öz -özlüyündə suda birləşərək iki qatyaradır.kiçik qapalı veziküllər yaradır (Şəkil 1-12). Bir fenomeni fosfolipidləri və suyu bir -birinə qarışdıraraq sınaq borusunda göstərmək olar; uyğun şəraitdə, sulu tərkibi xarici mühitdən təcrid olunmuş kiçik vesiküllər əmələ gəlir.

Şəkil 1-12

Amfipatik fosfolipid molekulları tərəfindən bir membran meydana gəlməsi. Bunların hidrofilik (su sevən, fosfat) baş qrupu və hidrofob (sudan çəkinən, karbohidrogen) quyruğu var. Yağ və su arasındakı bir ara nöqtədə, özlərini tək (daha çox.)

Kimya detalları dəyişir, baxmayaraq ki, bütün hüceyrələri üstünlük membran molekulların hidrofob quyruğu karbohidrogen polimerlər var (-CH 2 -CH 2 -CH 2 -) və bilayered kese öz təbii akt, lakin mühüm bir çox nümunələrindən biri Ümumi prinsip: hüceyrələr kimyəvi xüsusiyyətlərinə görə bir hüceyrənin ehtiyac duyduğu strukturlara öz-özünə yığılmasınasəbəb olan molekullar istehsal edir .

Hüceyrənin sərhədi tamamilə keçirilməz ola bilməz. Bir hüceyrə böyüyəcək və çoxalacaqsa, xammal idxal edə və tullantıları plazma membranı üzərindən ixrac edə bilməlidir. Buna görə də bütün hüceyrələrin membranlarında xüsusi molekulları bir tərəfdən digərinə daşımağa xidmət edən xüsusi zülallar vardır (Şəkil 1-13). Bu membran nəqli zülallarındanbəziləri, hüceyrə içərisində olan kiçik molekul reaksiyalarını kataliz edən bəzi zülallarkimi, təkamül müddətində o qədər yaxşı qorunmuşdur ki, hətta ən uzaq məsafələrdəki müqayisə ilə aralarındakı ailə bənzərliklərini tanıya bilərik. əlaqəli canlı orqanizm qrupları.

Şəkil 1-13

Membran nəqli zülalları. (A) Bakeriorhodopsin molekulunun quruluşu, arxa (archaebacterium) Halobacterium halobiumdan. Bu nəqliyyat zülalı, udulmuş işığın enerjisindən istifadə edərək protonları (H + ionlarını) hüceyrədən çıxarır. Polipeptid (daha çox)

Membrandakı nəqliyyat zülalları əsasən hansı molekulların hüceyrəyə daxil olduğunu, hüceyrənin içərisində olan katalitik zülallar isə bu molekulların reaksiyasını təyin edir. Beləliklə, hüceyrənin istehsal etməli olduğu zülal dəstini təyin edərək, DNT ardıcıllığında qeyd olunan genetik məlumatlar hüceyrənin bütün kimyasını diktə edir; Yalnız kimyası deyil, forması və davranışları da bunlardır, çünki bunlar da əsasən hüceyrənin zülalları tərəfindən qurulur və idarə olunur.

500 Gendən Az Bir Canlı Hüceyrə Var ola bilər

Bioloji məlumat ötürülməsinin əsas prinsipləri kifayət qədər sadədir, amma həqiqi canlı hüceyrələr nə qədər mürəkkəbdir? Xüsusilə, minimum tələblər hansılardır? Məlum olan ən kiçik genomu olan növləri- Mycoplasma genitaliumbakteriyasını nəzərdən keçirərək kobud bir göstəriş əldə edə bilərik (Şəkil 1-14) .Bu orqanizm məməlilərdə bir parazit olaraq yaşayır və ətrafı bir çox kiçik molekullarını hazır vəziyyətə gətirir. Buna baxmayaraq, hələ də irsiyyətin əsas prosesləri üçün lazım olan bütün böyük molekulları - DNT, RNT və zülalları hazırlamalıdır. Bu kitabın bir fəslinin mətnini yazmaq üçün lazım olan qədər, 145.018 bayt məlumatı təmsil edən 580.070 nukleotid cütlük genomunda yalnız 477 gen var. Hüceyrə biologiyası mürəkkəb ola bilər, amma bu mümkün deyil.

Şəkil 1-14

(A) Bu kiçik bakteriyanın nizamsız formasını göstərən və heç bir sərt divarın olmamasını əks etdirən elektron mikroskop. (B) Mikoplazmahüceyrəsinin kəsiyi (ötürücü elektron mikroqrafı) . Mycoplasma genitaliumun477 genindən 37 kod (daha çox)

Bugünkü mühitlərdə canlı bir hüceyrə üçün minimum gen sayı, ehtimal ki, 200-300 -dən az deyil. Növbəti hissədə görəcəyimiz kimi, həyat ağacının ən çox ayrılmış budaqlarını müqayisə etdikdə, 200 -dən çox gendən ibarət olan bir nüvənin hamısı üçün ortaq olduğunu görürük.

Xülasə

Canlı orqanizmlər nəsillərinə genetik məlumat ötürərək özlərini çoxaldırlar. Fərdi hüceyrə, özünü çoxaldan minimal vahiddir və bütün canlı növlərində genetik məlumatların ötürülməsi vasitəsidir. Planetimizdəki hər bir hüceyrə, genetik məlumatlarını eyni kimyəvi formada-iki telli DNT kimi saxlayır. Hüceyrə, cütləşdirilmiş DNT zəncirlərini ayıraraq və hər birini bir -birini tamamlayan bir nukleotid ardıcıllığı ilə yeni bir DNT zolağı etmək üçün polimerləşmə üçün şablon olaraq istifadə edərək məlumatlarını təkrarlayır. Eyni şablonlu polimerləşmə strategiyası, DNT -dən alınan məlumatların bir hissəsini yaxından əlaqəli polimer olan RNT molekullarına köçürmək üçün istifadə olunur. Bunlar öz növbəsində böyük molekullu bir maşın olan ribosomu ehtiva edən daha mürəkkəb tərcümə vasitələri ilə zülal molekullarının sintezini istiqamətləndirirlər.özü RNT və zülaldan ibarətdir. Zülallar, hüceyrədəki demək olar ki, bütün kimyəvi reaksiyaların əsas katalizatorlarıdır; digər funksiyalarına hüceyrə sərhədini meydana gətirən plazma membranı üzərindən kiçik molekulların selektiv idxalı və ixracı daxildir. Hər bir zülalın spesifik funksiyası, DNT -nin müvafiq bir seqmentinin nukleotid ardıcıllığı ilə təyin olunan amin turşusu ardıcıllığından asılıdır. Bu şəkildə hüceyrənin genomu kimyasını təyin edir; və hər canlı hüceyrənin kimyası əsas etibarilə oxşardır, çünki DNT, RNT və zülalın sintezini təmin etməlidir. Məlum olan ən sadə hüceyrələrdə 500 -dən az gen var.digər funksiyalarına hüceyrə sərhədini meydana gətirən plazma membranı üzərindən kiçik molekulların selektiv idxalı və ixracı daxildir. Hər bir zülalın spesifik funksiyası, DNT -nin müvafiq bir seqmentinin nukleotid ardıcıllığı ilə təyin olunan amin turşularının ardıcıllığından asılıdır. Bu şəkildə hüceyrənin genomu kimyasını təyin edir; və hər canlı hüceyrənin kimyası əsas etibarilə oxşardır, çünki DNT, RNT və zülalın sintezini təmin etməlidir. Məlum olan ən sadə hüceyrələrdə 500 -dən az gen var.digər funksiyalarına hüceyrə sərhədini meydana gətirən plazma membranı üzərindən kiçik molekulların selektiv idxalı və ixracı daxildir. Hər bir zülalın spesifik funksiyası, DNT -nin müvafiq bir seqmentinin nukleotid ardıcıllığı ilə təyin olunan amin turşularının ardıcıllığından asılıdır. Bu şəkildə hüceyrənin genomu kimyasını təyin edir; və hər canlı hüceyrənin kimyası əsas etibarilə oxşardır, çünki DNT, RNT və zülalın sintezini təmin etməlidir. Məlum olan ən sadə hüceyrələrdə 500 -dən az gen var.DNT -nin müvafiq bir seqmentinin nukleotid ardıcıllığı ilə təyin olunur - bu proteini kodlayan gen. Bu şəkildə hüceyrənin genomu kimyasını təyin edir; və hər canlı hüceyrənin kimyası əsas etibarilə oxşardır, çünki DNT, RNT və zülalın sintezini təmin etməlidir. Məlum olan ən sadə hüceyrələrdə 500 -dən az gen var.DNT -nin müvafiq bir seqmentinin nukleotid ardıcıllığı ilə təyin olunur - bu proteini kodlayan gen. Bu şəkildə hüceyrənin genomu kimyasını təyin edir; və hər canlı hüceyrənin kimyası əsas etibarilə oxşardır, çünki DNT, RNT və zülalın sintezini təmin etməlidir. Məlum olan ən sadə hüceyrələrdə 500 -dən az gen var.

Nəşriyyatla razılaşma əsasında bu kitab axtarış funksiyası ilə əldə edilə bilər, lakin gözdən keçirilə bilməz.