СИНТЕЗ БЕЛКА
"Один ген один белок" | Структура гемоглобина | Вирусы содержат ДНК
РНК связывает информацию в ДНК к последовательности аминокислот в белке
Транскрипция: создание копии РНК последовательности ДНК | Генетический код
Синтез белка | Мутации пересмотрены | Ссылки
"Один ген один белок " | обратно вверх
В течение 1930-ых, несмотря на большие авансы, у генетиков было несколько расстраивающих вопросов все же, чтобы ответить:
Каковы точно гены?
Как они работают?
Что производит уникальный фенотип, связанный с определенной аллелью?
Ответы от физики, химии, и исследования инфекционного заболевания давали начало области молекулярной биологии. Биохимическими реакциями управляют ферменты, и часто организуются в цепи реакций, известных как метаболические тропы. Потеря деятельности в единственном ферменте может инактивировать всю тропу.
Арчибальд Гаррод, в 1902, сначала предложенный отношения посредством его исследования alkaptonuria и его ассоциации с большими количествами"alkapton". Он рассуждал, что незатронутые люди усваивали "alkapton" (теперь названный homogentistic кислотой) к другим продуктам, таким образом, это не будет наращивание в моче. Гаррод подозревал, что блокировка тропы сломала этот химикат, и предположил что условие как "врожденная ошибка метаболизма". Он также обнаружил , что alkaptonuria был унаследован как удаляющаяся Менделевская черта.
Джордж Бидл и Эдвард Татум в течение конца 1930-ых и в начале 1940-ых установили связь Гаррод, подозреваемый между генами и метаболизмом. Они использовали X лучей, чтобы вызвать мутации в напряжениях почвы Neurospora. Эти мутации затрагивали сингл гены и единственные ферменты в определенных метаболических тропах. Университетский педель и Татум предложили "один ген одна гипотеза фермента", по которой они выиграли Нобелевскую премию в 1958.
Так как химические реакции, происходящие в теле , установлены ферментами, и так как ферменты - белки и таким образом наследственные черты, должны быть отношения между геном и белками. Джордж Бидл, в течение 1940-ых, предложенных, что цвета глаз мутанта в Дрозофиле были вызваны изменением в одном белке в биосинтетической тропе.
В 1941 Университетский педель и сотрудник Эдвард Л. Татум решили исследовать шаг за шагом химические реакции в тропе. Они использовалиNeurospora crassa в качестве экспериментального организма. Это имело короткий жизненный цикл и было легко выращено. Так как это являетсягаплоидным для большой части ее жизненного цикла, мутации были бы немедленно выражены. Мейотические продукты могли быть легко осмотрены. Исследования картографии хромосомы организма облегчили свою работу. Neurospora может быть выращен на минимальной среде, и это - пища, мог быть изучен ее способностью усвоить сахар и другие химикаты, которые ученый мог добавить или удалить из смеси среды. Это смогло синтезировать все аминокислоты и другие химикаты, необходимые для этого , чтобы вырасти, таким образом мутанты в синтетических тропах легко обнаружатся. Рентген вызвал мутации в Neurospora, и видоизмененные споры были помещены в питательную среду, обогащенную всеми существенными аминокислотами. Пересечение видоизмененных грибов с невидоизмененными формами произвело споры , которые были тогда выращены на СМИ, поставляющих только одну из 20 существенных аминокислот. Если бы спора испытывала недостаток в способности синтезировать особую аминокислоту, такой как Про (пролин), то это только выросло бы, если бы Пролин был в питательной среде. Биосинтез аминокислот ( стандартные блоки белков) является сложным процессом со многими химическими реакциями , установленными ферментами, которые если видоизменено закрыли бы тропу, приводящую к без роста. Университетский педель и Татум предложили "один ген один фермент" теория. Один ген кодирует для производства одного белка. "Один ген, один фермент" был с тех пор изменен к "одному гену один многопептид" начиная со многих белков (таких как гемоглобин) сделан больше чем из одного многопептида.
Эксперимент Университетского педеля и Татум, который предложил один ген одна гипотеза фермента. Изображения от Purves и др., Жизни: Наука о Биологии, 4-ом Выпуске, Партнерами Sinauer и Почетный гражданин WH , используемый с разрешения.
Структура Гемоглобина | обратно вверх
Линус Полинг использовал electrophoresis, чтобы отделить молекулы гемоглобина. Анемия серповидного эритроцита (h) является удаляющейся аллелью, в которой дефектный гемоглобин сделан, в конечном счете причиняя боль и смерть тем людям homozygous удаляющимся для черты. Pauling рассуждал, что, если Университетский педель и Татум были правильны, должно быть небольшое (но обнаружимо) различие между структурой нормального (ГД) и серповидным эритроцитом (гд) гемоглобин из-за генетических различий. Heterozygotes (Гд, также выбранное Pauling), делают и гемоглобины нормального и "серповидного эритроцита". Позже, Вернон Ингрэм обнаружил, что гемоглобины нормального и серповидного эритроцита отличаются только 1 (из в общей сложности 300) аминокислоты.
Вирусы Содержат ДНК | обратно вверх
Пальто вирусов действуют как антигены, начиная определенный для антигена ответ антитела. Помните, что вакцины работают или тем, чтобы побуждать иммунную систему сделать антитела или поставляя антитела. Если вирус (или что-либо еще в этом отношении) видоизменяет свои антигены, иммунная система навсегда играет кетчуп.
РНК Связывает информацию в ДНК к Последовательности Аминокислот в Белке | обратно вверх
Рибонуклеиновая кислота (РНК) была обнаружена после ДНК. ДНК, с исключениями в хлоропластах и митохондриях, ограничена ядру (в эукариотах,nucleoid области у прокариотов). РНК происходит в ядре, так же как в цитоплазме (также помнят, что это происходит как часть рибосом , которые выравнивают грубую endoplasmic сеточку).
Ученые в течение некоторого времени подозревали такую связь между ДНК и белками. Клетки развивающихся эмбрионов содержат высокие уровни РНК. У быстро роста E. coli есть половина его массы как рибосомы. Рибосомы - 2/3 РНК (тип РНК, известной как рибосомная РНК или rRNA) и 1/3 белок. РНК синтезируется от вирусной ДНК в инфицированной клетке прежде, чем синтез белка начнется. Некоторые вирусы, например у Вируса Табачной мозаики(TMV) есть РНК вместо ДНК. Если РНК, извлеченная из вируса, была введена в клетку - хозяина, клетка начала делать новые вирусы. Ясно РНК была вовлечена в синтез белка.
Центральная догма растяжения мышц. Поток информации ( за исключением обратной транскрипции) от ДНК до РНК через процесс транскрипции, и отсюда к белку через перевод. Транскрипция - создание из молекулы РНК от шаблона ДНК. Перевод - строительство последовательности аминокислот(многопептид) от молекулы РНК. Хотя первоначально названная догма, эта идея неоднократно не проверялась с почти никакими исключениями к находимому правилу (спасите ретровирусы).
Центральная догма. Изображение от Purves и др., Жизни: Наука о Биологии, 4-ом Выпуске, Партнерами Sinauer и Почетный гражданин WH, используемый с разрешения.
Сине-второстепенная графика всюду по этой главе от ДНК Университета Иллинойса и места Синтеза белка.
РНК посыльного (mRNA) является проектом строительства белка. Рибосомная РНК (rRNA) является стройплощадкой, где белок сделан. РНК передачи(tRNA) является грузовиком, предоставляющим надлежащую аминокислоту месту в нужное время.
У РНК есть сахар рибозы вместо сахара дезоксирибозы. Основной урацил (U) заменяет тимин (T) в РНК. Большинство РНК является одноцепочечным, хотяtRNA сформирует "трилистниковидную" структуру из-за дополнительного основного соединения.
Транскрипция: создание копии РНК последовательности ДНК | обратно вверх
Полимераза РНК открывает часть ДНК, которая будет расшифрована. Только один берег ДНК ( материнская нить) расшифрован. Нуклеотиды РНК доступны в области хроматина (этот процесс только происходит во время Межфазы), и соединены подобные процессу ДНК.
Генетический код: Перевод РНК кодирует в белок | обратно вверх
Кодекс состоит по крайней мере из трех оснований согласно астроному Джорджу Гэмоу. Чтобы закодировать для 20 существенных аминокислот,генетический код должен состоять из, по крайней мере, набора с 3 основами (тройка) 4 оснований. Если Вы рассматриваете возможности подготовки четырех вещей 3 за один раз (4X4X4), мы получаем 64 возможных кодовых слова, или кодоны (3 последовательности оснований на mRNA, который кодирует или для определенной аминокислоты или для слова контроля).
Генетический код был сломан Маршалом Ниренбергом и Генрихом Мэттэеи, спустя десятилетие после работы Растяжения мышц и Уотсона. Ниренберг обнаружил, что РНК, независимо от ее исходного организма, могла начать синтез белка когда объединено с содержанием сломанного E. coli клетки. Добавляя poly-U к каждой из 20 пробирок (каждая труба, имеющая различную "теговую" аминокислоту), Nirenberg и Matthaei смогли решить что кодон UUU(единственный в poly-U) закодированный для фенилаланина аминокислоты.
Шаги в ломке генетического кода: расшифровка poly-U mRNA. Изображение от Purves и др., Жизни: Наука о Биологии, 4-ом Выпуске, Партнерами Sinauer и Почетный гражданин WH , используемый с разрешения.
Аналогично, искусственный mRNA, состоящий из чередования A и основания C, закодировал бы для переменного гистидина аминокислот и треонина. Постепенно, полная распечатка кодонов генетического кода была развита.
Расшифровка кодекса: poly ПРИБЛИЗИТЕЛЬНО Изображение от Purves и др., Жизни: Наука о Биологии, 4-ом Выпуске, Партнерами Sinauer и Почетный гражданин WH , используемый с разрешения.
Генетический код состоит из 61 кодирующего кодона аминокислоты и трех кодонов завершения, которые останавливают процесс перевода. Генетический код таким образом избыточен (выродившийся в смысле наличия многократных государств, составляющих ту же самую вещь), с, например, глицин, закодированный для GGU, GGC, GGA, и кодонами GGG. Если кодон видоизменен, скажите от GGU до CGU, та же самая аминокислота определена?
Генетический код. Изображение от Purves и др., Жизни: Наука о Биологии, 4-ом Выпуске, Партнерами Sinauer ) и Почетный гражданин WH, используемый с разрешения.
Синтез белка | обратно вверх
Прокариотическая регуляция генов отличается от eukaryotic регулирования, но так как прокариоты намного легче работать с, мы сосредотачиваемся на прокариотах в этом пункте. Покровители - последовательности ДНК, которые являются сигналами начала для транскрипции mRNA. Терминаторы - сигналы остановки. молекулы mRNA длинны (500 - 10 000 нуклеотидов).
Рибосомы - органоид (во всех клетках), где белки синтезируются. Они состоят из двух третей rRNA и белка одной трети. Рибосомы состоят из маленького (вE. coli, 30-ЫЕ) и больше (50-ЫЕ) подъединицы. Длина rRNA отличается по каждому. У единицы 30S есть 16 rRNA и 21 различный белок. Подъединица 50S состоит из 5S и 23 rRNA и 34 различных белка. У меньшей подъединицы есть связывающий участок для mRNA. У большей подъединицы есть два связывающих участка для tRNA.
Подъединицы рибосомы. Изображение от Purves и др., Жизни: Наука о Биологии, 4-ом Выпуске, Партнерами Sinauer и Почетный гражданин WH, используемый с разрешения.
РНК передачи (tRNA) в основном формы трилистника. tRNA несет надлежащую аминокислоту к рибосоме , когда кодоны призывают к ним. Наверху большой петли три основания, анткодон, который является дополнением кодона. Есть 61 различный tRNAs, каждый имеющий различный связывающий участок для аминокислоты и различный антикодон. Для кодона UUU дополнительный антикодон - AAA. Редактированием аминокислоты к надлежащемуtRNA управляет aminoacyl-tRNA synthetases. Энергия для того, чтобы связать аминокислоту с tRNA прибывает от преобразования ATP до аденозинового монофосфата (АМПЕР).
Две модели tRNA. Изображение от Purves и др., Жизни: Наука о Биологии, 4-ом Выпуске, Партнерами Sinauer и Почетный гражданин WH, используемый с разрешения.
Перевод - процесс преобразования mRNA последовательностей кодона в последовательность аминокислот. Кодон инициатора (АВГУСТ) кодирует для аминокислоты N-formylmethionine (f-Met). Никакая транскрипция не происходит без кодона в АВГУСТЕ. f-Met всегда - первая аминокислота в цепи многопептида, хотя часто это удалено после перевода. intitator tRNA/mRNA/small рибосомная единица называют комплексом инициирования. Большая подъединица свойствена комплексу инициирования. После фазы инициирования сообщение становится более длинным во время фазы удлинения.
Перевод. Изображение от Purves и др., Жизни: Наука о Биологии, 4-ом Выпуске, Партнерами Sinauer и Почетный гражданин WH , используемый с разрешения.
Новые tRNAs приносят свои аминокислоты к открытому связывающему участку на ribosome/mRNA комплексе, создавая связь пептида между аминокислотами. Комплекс тогда переходит вдоль mRNA к следующей тройке, открываясь место. Новый tRNA вступает в место. Когда кодон в место - кодон завершения, фактор выпуска связывает с местом, останавливая перевод и выпуская рибосомный комплекс и mRNA.
Завершение. Изображение от Purves и др., Жизни: Наука о Биологии, 4-ом Выпуске, Партнерами Sinauer и Почетный гражданин WH , используемый с разрешения.
Часто много рибосом прочитают то же самое сообщение, структура, известная как многонекоторые формы. Таким образом клетка может быстро сделать много белков.
Много рибосом, переводящих то же самое сообщение, многонекоторых. Изображение от Purves и др., Жизни: Наука о Биологии, 4-ом Выпуске, Партнерами Sinauer и Почетный гражданин WH , используемый с разрешения.
Мутации , Пересмотренные | обратно вверх
Мы ранее определили мутации как любое изменение в ДНК. Мы теперь можем усовершенствовать то определение: мутация - изменение в последовательности оснований ДНК, которая приводит к изменению аминокислоты () в многопептиде, закодированном для тем геном. Аллели - дополнительные последовательности оснований ДНК (гены), и таким образом на молекулярном уровне продукты аллелей отличаются (часто только единственной аминокислотой, у которой может быть волновой эффект на организме, изменяясь). Дополнение, удаление, или добавление нуклеотидов могут изменить многопептид. Точечные мутации - результат замены единственной основы. Мутации изменения структуры происходят, когда рамка считывания гена перемещена дополнением или удалением одного или более оснований. За исключением митохондрий, все организмы используют тот же самый генетический код. Сильные доказательства общей родословной всех живых существ.
