Kitob javoni

NCBI kitob javoni. Milliy tibbiyot kutubxonasi, Milliy sog'liqni saqlash institutlari xizmati.

Alberts B, Jonson A, Lyuis J va boshqalar. Hujayraning molekulyar biologiyasi. 4 -nashr. Nyu -York: Garland Science; 2002 yil

  • Nashriyotchi bilan kelishilgan holda, bu kitobga qidirish funksiyasi orqali kirish mumkin, lekin uni ko'rib bo'lmaydi.

Hujayraning molekulyar biologiyasi. 4 -nashr.

Er yuzidagi hujayralarning universal xususiyatlari

Hisob -kitoblarga ko'ra, bugungi kunda Yerda 10 milliondan ortiq, ehtimol 100 milliondan ortiq tirik turlar mavjud. Har bir tur turlicha va har biri o'zini ishonchli tarzda ko'paytirib, bir xil turga mansub nasllarni beradi: ota -ona o'ziga xos xususiyatlarga ega bo'lgan ma'lumotlarni beradi. Bu irsiyathodisasihayot ta'rifining markaziy qismidir: u hayotni boshqa jarayonlardan ajratib turadi, masalan, kristalning o'sishi, shamning yonishi yoki suv ustida to'lqinlarning paydo bo'lishi. ota -onalarning o'ziga xos xususiyatlari va avlodlarning o'ziga xos xususiyatlari o'rtasidagi bog'liqlik turi. Sham alangasi kabi, tirik organizm ham o'z tashkilotini yaratish va saqlab qolish uchun erkin energiyani iste'mol qilishi kerak; lekin erkin energiya irsiy ma'lumotlar bilan belgilanadigan juda murakkab kimyoviy jarayonlar tizimini boshqaradi.

Aksariyat tirik organizmlar bitta hujayradan iborat; boshqalar, masalan biz kabi, hujayralar guruhlari maxsus funktsiyalarni bajaradigan va murakkab aloqa tizimlari bilan bog'langan ulkan ko'p hujayrali shaharlardir. Ammo har qanday holatda ham, biz yolg'iz bakteriya yoki inson tanasini tashkil etuvchi 10 dan ortiq 13 ta hujayradan iborat agregatni muhokama qilsak ham, butun organizm bitta hujayradan bo'linish natijasida hosil bo'lgan. Demak, bitta hujayra-bu turni belgilaydigan irsiy ma'lumotni tashuvchi vosita (1-1-rasm). Va bu ma'lumot bilan aniqlanganidek, hujayra atrof -muhitdan xom ashyo yig'ish va ulardan o'z tasvirida yangi hujayra quradigan, irsiy ma'lumotlarning yangi nusxasi bilan jihozlangan mashinani o'z ichiga oladi. Hujayradan boshqa hech narsa bunday qobiliyatga ega emas.

1-1-rasm

Tuxum hujayrasidagi irsiy ma'lumotlar butun ko'p hujayrali organizmning tabiatini belgilaydi. (A va B) Dengiz qushqo'nmasining tuxumidan dengiz shoxi paydo bo'ladi. (C va D) Sichqon tuxumidan sichqon paydo bo'ladi. (E va F) Dengizo'tlari tuxumidan Fucuspaydo bo'ladi (ko'proq).

Barcha hujayralar irsiy ma'lumotlarini bir xil chiziqli kimyoviy kodda (DNK) saqlaydi.

Kompyuterlar bizni ma'lumot tushunchasi bilan o'lchovli miqdor sifatida tanishtirdi-floppi diskda million bayt (taxminan 200 sahifali matnga to'g'ri keladi), CD-ROMda 600 million va boshqalar. Ular, shuningdek, bir xil ma'lumotni turli xil jismoniy shakllarda yozib olish mumkinligini bizga noqulay ravishda ma'lum qilishdi. Bir turdagi kompyuterda yozilgan hujjat boshqasida o'qilmasligi mumkin. Kompyuter dunyosi rivojlanib borgan sari, biz 10 yil oldin elektron arxivlarimiz uchun ishlatgan disklar va lentalar hozirgi mashinalarda o'qilmay qoldi. Kompyuter kabi tirik hujayralar axborot bilan shug'ullanadi va ular 3,5 milliard yildan ziyod vaqt mobaynida rivojlanib, diversifikatsiya qilingan deb hisoblashadi. Hamma o'z ma'lumotlarini bir xil shaklda saqlashlari kutilmaydi.Yoki bir turdagi hujayraning arxivlari boshqasining ma'lumotlarini qayta ishlash uskunalari tomonidan o'qilishi kerak. Va shunga qaramay shunday. Er yuzidagi barcha tirik hujayralar, hech qanday istisnosiz, o'z irsiy ma'lumotlarini DNKning ikki zanjirli molekulalari shaklida saqlaydi-har doim bir xil to'rt turdagi monomerlardan tashkil topgan uzun tarmoqlanmagan juftlashgan polimer zanjirlar-A, T, C, G. Bu monomerlar genetik ma'lumotni kodlovchi uzun chiziqli ketma -ketlikda bog'langan, xuddi 1s va 0s ketma -ketligi kompyuter faylidagi ma'lumotlarni kodlaydi. Biz inson hujayrasidan DNKning bir bo'lagini olib, uni bakteriyaga yoki bakterial DNKning bir bo'lagini odam hujayrasiga kiritishimiz mumkin, va ma'lumotlar muvaffaqiyatli o'qiladi, talqin qilinadi va nusxalanadi. Kimyoviy usullardan foydalanib,Olimlar millionlab nukleotidlarga cho'zilgan har qanday DNK molekulasidagi monomerlarning to'liq ketma -ketligini o'qishlari va shu bilan har bir organizm o'z ichiga olgan irsiy ma'lumotlarni shifrlashlari mumkin.

Barcha hujayralar o'z irsiy ma'lumotlarini shablonli polimerizatsiya orqali takrorlaydi

Hayotni yaratadigan mexanizmlarni tushunish uchun DNKning ikki ipli molekulasining tuzilishini tushunish kerak. Bitta DNK zanjiridagi har bir monomer, ya'ni har bir nukleotid, ikki qismdan iborat: unga fosfat guruhi biriktirilgan shakar (deoksiriboz) va asos, bu ham adenin (A), guanin (G), sitozin (C) yoki timin (T) bo'lishi mumkin (1-2-rasm). Har bir shakar fosfatlar guruhi orqali ikkinchisiga bog'lanib, undan ketadigan asoslar ketma-ketligi bo'lgan, takrorlanadigan shakar-fosfat magistralidan tashkil topgan polimer zanjir hosil qiladi. DNK polimeri bir uchiga monomerlarni qo'shib kengayadi. Alohida ajratilgan iplar uchun, ular, qoida tariqasida, istalgan tartibda qo'shilishi mumkin, chunki ularning har biri boshqasiga xuddi shu tarzda, molekulaning hamma uchun bir xil bo'lgan qismi orqali bog'lanadi. Biroq, tirik hujayrada cheklov mavjud: DNK alohida ajratilgan holda erkin zanjir sifatida emas, balki ilgari mavjud bo'lgan DNK ipidan hosil qilingan shablonda sintezlanadi. Mavjud ipdan chiqadigan asoslar sintez qilinayotgan ipning asoslari bilan bog'lanadi, bu asoslarning qo'shimcha tuzilmalari tomonidan aniqlangan qat'iy qoidaga muvofiq:A T bilan bog'lanadi, va C G ga bog'lanadi. Bu asosiy juftlik yangi monomerlarni joyida ushlab turadi va shu tariqa o'sayotgan ipga to'rtta monomerdan qaysi biri qo'shilishini tanlashni nazorat qiladi. Shunday qilib, As, Cs, Ts va Gs ning bir-birini to'ldiruvchi ikkita ketma-ketligidan iborat ikki qatorli tuzilma hosil bo'ladi. Ikkita ip bir-biriga o'ralib, ikkita spiral hosil qiladi (1-2E-rasm).

1-2-rasm

DNK va uning qurilish bloklari. (A) DNK nukleotidlar deb nomlangan oddiy bo'linmalardan tuzilgan, ularning har biri azot o'z ichiga olgan yon guruhi yoki asosli shakar-fosfat molekulasidan iborat. Asoslar to'rt xil (adenin, guanin, sitozin va boshqalar).

Asosiy juftlar orasidagi bog'lanish shakar-fosfat birikmalariga qaraganda kuchsizdir va bu DNKning ikkita ipini umurtqa pog'onasi buzilmasdan ajratib olish imkonini beradi. Shunday qilib, har bir ip o'z-o'zidan to'ldiruvchi DNKning yangi zanjirini-yangi nusxasini, ya'ni irsiy ma'lumotlarning sintezi uchun namuna bo'lib xizmat qilishi mumkin (1-3-rasm). Har xil turdagi hujayralarda DNKning replikatsiyajarayoni har xil tezlikda sodir bo'ladi, uni boshlash yoki to'xtatish uchun har xil boshqaruv elementlari va unga yordam beradigan turli yordamchi molekulalar. Ammo asoslar universaldir: DNK - bu axborot do'koni va shablonli polimerizatsiya- bu ma'lumotni tirik dunyoda nusxalash usuli.

1-3-rasm

DNK replikatsiyasi orqali genetik ma'lumotlarning takrorlanishi. Bu jarayonda DNK juft spiralining ikkita ipi ajratiladi va ularning har biri yangi to'ldiruvchi ipni sintezi uchun shablon bo'lib xizmat qiladi.

Barcha hujayralar o'z irsiy ma'lumotlarining bir qismini bir xil vositachilik shakliga (RNK) yozadilar.

Ma'lumotni saqlash funktsiyasini bajarish uchun DNK har bir hujayra bo'linishidan oldin o'zini tasvirlangan mexanizm bo'yicha nusxa ko'chirishdan ko'proq narsani bajarishi kerak. Bundan tashqari, u o'z ma'lumotlarini hujayrada boshqa molekulalarning sintezini boshqarish uchun ishlatishi kerak. Bu, shuningdek, barcha tirik organizmlarda bir xil bo'lgan mexanizm bilan sodir bo'ladi, bu birinchi navbatda polimerlarning boshqa ikkita asosiy sinfini: RNK va oqsillarni ishlab chiqarishga olib keladi. Jarayon transkripsiya deb nomlangan shablonli polimerizatsiyadan boshlanadi, bunda DNK ketma -ketligi segmentlari ribonuklein kislotasibilan chambarchas bog'liq polimer molekulalarining sintezini boshqarish uchun shablon sifatida ishlatiladi.yoki RNK. Keyinchalik, murakkabroq tarjima jarayonida, bu RNK molekulalarining ko'pchiligi tubdan boshqa kimyoviy sinfdagi polimerlar- oqsillarningsintezini boshqarishga xizmat qiladi (1-4-rasm).

1-4-rasm

DNKdan oqsilgacha. Genetik ma'lumotlar ikki bosqichli jarayon orqali o'qiladi va ishlatiladi. Birinchidan, transkripsiyadaDNK ketma -ketligi segmentlari RNK molekulalari sintezini boshqarishda ishlatiladi. Keyin tarjimadaRNK molekulalari ishlatiladi (ko'proq).

RNKda umurtqa pog'onasi DNKnikidan biroz boshqacha shakardan - dezoksiribozaning o'rniga ribozadan hosil bo'ladi va to'rt asosdan bittasi biroz boshqacha - urasil (U) timin (T) o'rniga; boshqa uchta asos - A, C va G - bir xil va to'rtta asos ham DNKdagi bir -birini to'ldiruvchi analoglari bilan - A, U, C va G RNKning T, A, G va C bilan juftligi DNKdan. Transkripsiya paytida, DNK monomerlari replikatsiya paytida tanlanganidek, DNKning shablonli ipida polimerizatsiya uchun RNK monomerlari tuziladi va tanlanadi. Natijada, nukleotidlar ketma -ketligi DNK monomerlari o'rniga RNK monomerlaridan tashkil topgan, bir oz boshqacha alifbo bilan yozilgan bo'lsa ham, nukleotidlar ketma -ketligi hujayraning genetik ma'lumotlarining bir qismini ishonchli tarzda ifodalovchi polimer molekuladir.

Xuddi shu DNK segmenti bir xil RNK transkriptlarining sintezini boshqarish uchun qayta -qayta ishlatilishi mumkin. Shunday qilib, hujayraning DNK shaklidagi genetik ma'lumot arxivi sobit va muqaddas bo'lsa, RNK transkriptlari ommaviy ishlab chiqariladi va bir marta ishlatiladi (1-5-rasm). Ko'rib turganimizdek, bu transkriptlarning ko'pchiligining asosiy vazifasi genetik ma'lumotni uzatishda vositachi bo'lib xizmat qiladi: ular DNKda saqlanadigan genetik ko'rsatmalarga muvofiq oqsillarning sintezini boshqaruvchi xabarchi RNK ( mRNK) vazifasini bajaradi .

1-5-rasm

Hujayra ichida foydalanish uchun genetik ma'lumot qanday uzatiladi. Har bir hujayrada DNK molekulalarining o'zgarmas to'plami - uning genetik ma'lumot arxivi mavjud. Ushbu DNKning ma'lum bir qismi ko'plab RNK transkriptlarining sintezini boshqarishga xizmat qiladi.

RNK molekulalari o'ziga xos tuzilishga ega bo'lib, ularga boshqa maxsus kimyoviy qobiliyatlarni ham berishi mumkin. Yagona ipli bo'lib, ularning umurtqa pog'onasi egiluvchan, shuning uchun polimer zanjiri orqaga burilib, molekulaning bir qismi bir xil molekulaning boshqa qismi bilan zaif bog'lanishlar hosil qilishiga imkon beradi. Bu ketma -ketlik segmentlari lokal ravishda bir -birini to'ldirganda sodir bo'ladi: a. GGGG. segment, masalan, a bilan bog'lanishga moyil bo'ladi. CCCC. segment. Bu turdagi ichki assotsiatsiyalar RNK zanjirining ma'lum bir shaklga aylanishiga olib kelishi mumkin, bu uning ketma-ketligi bilan belgilanadi (1-6-rasm). O'z navbatida, RNK molekulasining shakli unga boshqa molekulalarni tanlab bog'lab, hatto ba'zi hollarda bog'langan molekulalardagi kimyoviy o'zgarishlarni katalizlash orqali tanib olish imkonini berishi mumkin. Bu kitobda keyinroq ko'rib turganimizdek,RNK molekulalari tomonidan katalizlangan bir nechta kimyoviy reaktsiyalar tirik hujayralardagi eng qadimiy va asosiy jarayonlar uchun juda muhim va RNKning yanada kengroq katalizi hayotning erta evolyutsiyasida markaziy rol o'ynagan deb taxmin qilingan (6 -bobda muhokama qilingan) .

1-6-rasm

RNK molekulasining konformatsiyasi. (A) Bir xil RNK polimer zanjirining turli hududlari orasidagi nukleotidlarning juftlanishi molekulaning o'ziga xos shaklga ega bo'lishiga olib keladi. (B) Gepatit delta virusidan haqiqiy RNK molekulasining uch o'lchovli tuzilishi (yana)

Barcha hujayralar oqsillarni katalizator sifatida ishlatadi

Protein molekulalari, DNK va RNK molekulalari singari, barcha tirik hujayralar uchun bir xil bo'lgan standart repertuaridan olingan monomerik qurilish bloklarini birlashtirish natijasida hosil bo'lgan uzun tarmoqlanmagan polimer zanjirlardir. DNK va RNK singari, ular ham ma'lumotni alifbo yozuvida yozilgan odam xabari singari, chiziqli belgilar ketma -ketligi shaklida olib yuradilar. Har bir hujayrada juda ko'p turli xil protein molekulalari mavjud va ular suvni tashlab, hujayra massasining ko'p qismini tashkil qiladi.

Protein monomerlari, aminokislotalar, DNK va RNKnikidan ancha farq qiladi va 4 ta o'rniga 20 turga bo'linadi. Har bir aminokislota bir xil yadro tuzilishi atrofida qurilgan bo'lib, ular orqali standart tarzda bog'lanishi mumkin. to'plamdagi boshqa aminokislotalar; Bu yadro har bir aminokislotaga o'ziga xos kimyoviy xarakter beradigan yon guruhdir. Aminokislotalarning ma'lum bir ketma-ketlikda birikishi natijasida hosil bo'lgan oqsil molekulalari yoki polipeptidlarining har biri yuzasida reaktiv joylari bo'lgan aniq uch o'lchovli shaklga o'raladi (1-7A-rasm). Bu aminokislotali polimerlar shu tariqa boshqa molekulalarga yuqori o'ziga xoslik bilan bog'lanib, kovalent aloqalar hosil bo'lgan va uzilgan reaktsiyalarni katalizlovchi ferment vazifasini bajaradi. Shu tarzda ular hujayradagi kimyoviy jarayonlarning katta qismini boshqaradilar (1-7B-rasm).Proteinlar ko'plab boshqa funktsiyalarga ega - tuzilmalarni saqlab turish, harakatlarni ishlab chiqarish, signallarni sezish va hokazo - har bir protein molekulasi o'ziga xos genetik aminokislotalar ketma -ketligiga muvofiq ma'lum funktsiyani bajaradi. Proteinlar, birinchi navbatda, hujayraning genetik ma'lumotlarini harakatga keltiradigan molekulalardir.

1-7-rasm

Qanday qilib oqsil molekulasi kimyoviy reaktsiya uchun katalizator vazifasini bajaradi. (A) Protein molekulasida polimer zanjiri o'ziga xos shaklga kelib, aminokislotalar ketma -ketligi bilan belgilanadi. Bu maxsus katlanmış molekula yuzasida yiv, ferment lizozim, (yana).

Shunday qilib, polinukleotidlar oqsillarning aminokislotalar ketma -ketligini aniqlaydi. Proteinlar, o'z navbatida, ko'plab kimyoviy reaktsiyalarni, shu jumladan, yangi DNK molekulalarini sintez qilishni katalizlaydi va DNKdagi genetik ma'lumot RNK va oqsillarni hosil qilish uchun ishlatiladi. Bu teskari aloqa tsikli tirik organizmlarning avtokatalitik, o'z-o'zini ko'paytiruvchi xatti-harakatining asosidir (1-8-rasm).

1-8-rasm

Hayot avtokatalitik jarayon sifatida. Polinukleotidlar (nukleotidli polimerlar) va oqsillar (aminokislotali polimerlar) ketma -ket ma'lumot va katalitik funktsiyalarni beradi - kimyoviy reaktsiyalarning murakkab majmui orqali (ko'proq).

Barcha hujayralar xuddi shu tarzda RNKni oqsilga aylantiradi

Polinukleotidlarning 4 harfli alifbosidan oqsillarning 20 harfli alifbosiga genetik ma'lumotni tarjima qilish murakkab jarayon. Bu tarjimaning qoidalari, ba'zi jihatlardan aniq va oqilona, ​​boshqa tomondan g'alati o'zboshimchalik bilan ko'rinadi, chunki ular (barcha istisnolardan tashqari) barcha tirik mavjudotlarda bir xil. Bu tasodifiy xususiyatlar, hayotning dastlabki tarixidagi muzlatilgan baxtsiz hodisalarni aks ettiradi - irsiy o'tib ketgan va barcha tirik hujayralar konstitutsiyasiga shu qadar chuqur singib ketganki, ularni buzilmasdan o'zgartirib bo'lmaydi. hujayra tashkiloti.

Xabarchi RNK molekulasi ketma -ketligidagi ma'lumotlar bir vaqtning o'zida uchta nukleotiddan iborat guruhlarda o'qiladi: har bir nukleotid uchlik yoki kodon, tegishli oqsil tarkibidagi bitta amino kislotani aniqlaydi (kodlaydi). 64 (= 4 × 4 × 4) mumkin bo'lgan kodonlar mavjud, lekin faqat 20 ta aminokislotalar mavjud bo'lganligi sababli, bir nechta kodonlarning bir xil aminokislotaga to'g'ri kelishi ko'p hollarda bo'lishi kerak. Kodni kichik RNK molekulalarining maxsus klassi, transfer RNKlari ( tRNK) o'qiydi . TRNKning har bir turi ma'lum bir aminokislotaga bir chekkasida biriktiriladi va uning ikkinchi uchida ma'lum bir kodon yoki kodonlarning pastki qismini juftlik orqali tanib olish imkonini beradigan uchta nukleotidlar ketma-ketligini ko'rsatadi- antikodon. mRNA (1-9-rasm).

1-9-rasm

RNKni o'tkazish. A) triptofan aminokislotasiga xos tRNK molekulasi. TRNK molekulasining bir uchida triptofan biriktirilgan, ikkinchi uchida triptofan kodonini tan oluvchi CCA (uning antikodoni) uchlik nukleotidlar ketma -ketligi ko'rsatilgan.

Protein sintezi uchun tegishli aminokislotalar bilan zaryadlangan tRNK molekulalarining ketma-ketligi mRNK molekulasi bilan birlashtirilishi va ularning antikodonlari orqali ketma-ket keladigan har bir kodon bilan bog'lanishi kerak. Aminokislotalar o'sib borayotgan oqsil zanjirini uzaytirish uchun bir -biriga bog'langan bo'lishi kerak va yuklaridan xalos bo'lgan tRNKlar chiqarilishi kerak. Bu jarayonlarning butun majmuasini ribosomal RNK ( rRNK)deb ataladigan ikkita asosiy RNK zanjiridan tashkil topgan ulkan ko'p molekulyar mashina - ribosoma amalga oshiradi.), va 50 dan ortiq turli xil oqsillar. Bu evolyutsion qadimiy molekulyar jugernaut mRNK molekulasining oxiriga mahkamlanadi, so'ngra u bo'ylab aylanadi, yuklangan tRNK molekulalarini ushlaydi va ular olib boradigan aminokislotalarni birlashtirib, yangi oqsil zanjirini hosil qiladi (1-10-rasm).

1-10-rasm

Ishda ribosoma. (A) Diagrammada ribosomaning mRNK molekulasi bo'ylab qanday harakatlanishi ko'rsatilgan, mRNKdagi kodonlarga mos keladigan tRNK molekulalari ushlanib, aminokislotalarni oqsil zanjiriga birlashtirish uchun ishlatiladi. MRNK aminokislotalar ketma -ketligini aniqlaydi. (Ko'proq. )

Bitta oqsilga to'g'ri keladigan genetik ma'lumotlarning bo'lagi bitta gen

DNK molekulalari, qoida tariqasida, juda katta bo'lib, minglab oqsillar uchun spetsifikatsiyalarni o'z ichiga oladi. Shunday qilib, butun DNK ketma -ketligi segmentlari alohida mRNK molekulalariga transkripsiya qilinadi va har bir segment boshqa oqsilni kodlaydi. Gen, bitta oqsilga mos keladigan DNK ketma -ketligi segmenti sifatida aniqlanadi (yoki oqsil emas, balki RNK ishlab chiqaradigan genlar uchun bitta katalitik yoki tizimli RNK molekulasiga).

Barcha hujayralarda individual genlarning ifodalanishitartibga solinadi: mumkin bo'lgan oqsillarning to'liq repertuarini har doim to'liq egishda ishlab chiqarish o'rniga, hujayra turli genlarning transkripsiya va tarjima tezligini ehtiyojga qarab mustaqil ravishda o'rnatadi. Ning yoyilgan normativ DNKular oqsilni kodlaydigan segmentlar orasiga joylashtirilgan va bu kodlanmagan hududlar mahalliy transkripsiya tezligini boshqaruvchi maxsus protein molekulalari bilan bog'lanadi (1-11-rasm). Boshqa kodlanmagan DNK ham mavjud, ularning ba'zilari, masalan, alohida protein uchun ma'lumot qaerdan boshlanishini va qanday tugashini belgilash uchun tinish belgisi sifatida xizmat qiladi. Tartibga soluvchi va boshqa kodlanmagan DNKning miqdori va tuzilishi organizmlarning bir sinfidan boshqasiga farq qiladi, lekin asosiy strategiya universaldir. Shunday qilib, hujayraning genomi, ya'ni DNKning to'liq ketma -ketligida aks ettirilgan genetik ma'lumotlarning umumiyligi, nafaqat hujayra oqsillarining tabiatini, balki qachon va qayerda ishlab chiqarilishini ham belgilaydi.

1-11-rasm

(A) Escherichia coli bakteriyasi genomining kichik bir qismi diagrammasi bo'lib , undato'rt xil oqsilni kodlovchi genlar ( lacI, lacZ, lacYva lacAdeb ataladi ) mavjud. Protein kodli DNK segmentlari (qizil)tartibga soluvchi va boshqa kodlanmagan DNK segmentlariga ega (ko'proq).

Hayot erkin energiyani talab qiladi

Tirik hujayra - bu kimyoviy muvozanatdan yiroq tizim: u katta ichki erkin energiyaga ega, ya'ni agar kimyoviy muvozanatga qarab o'lishi va parchalanishiga yo'l qo'yilsa, atrof -muhitga issiqlik sifatida katta energiya chiqariladi. Hujayra o'z qiyofasida yangi hujayra yasashi uchun zarur sintetik reaktsiyalarni qo'zg'atish uchun atrof -muhitdan, shuningdek xom ashyodan erkin energiya olishi kerak. Bu erkin energiya iste'moli hayotning asosiy shartidir. U to'xtaganda, hujayra o'ladi. Genetika ma'lumoti ham hayot uchun asosdir. Ulanish bormi?

Javob ha: axborotni tarqatish uchun erkin energiya kerak va aslida bu ikki ob'ekt o'rtasida aniq miqdoriy bog'liqlik mavjud. Bitta ma'lumotni, ya'ni bir xil ehtimollikdagi ikkita variantni tanlash uchun - haroratga qarab, ma'lum miqdordagi bo'sh energiya (joule bilan o'lchanadi). Statistik termodinamikaning bu mavhum umumiy tamoyilining isboti juda qiyin va "erkin energiya" atamasining aniq ta'rifiga bog'liq (2 -bobda muhokama qilingan). Asosiy fikrni DNK sintezi kontekstida intuitiv tushunish qiyin emas.

DNK molekulasi bilan bir xil ketma -ketlikdagi yangi DNK molekulasini yaratish uchun nukleotid monomerlari shablon sifatida ishlatiladigan DNK zanjiriga to'g'ri ketma -ketlikda joylashtirilgan bo'lishi kerak. Tartibning har bir nuqtasida, mos keladigan nukleotidni tanlash, to'g'ri mos keladigan nukleotid shablonga mos kelmagan nukleotidlarga qaraganda kuchliroq bog'lanishiga bog'liq. Bog'lanish energiyasidagi farq qanchalik katta bo'lsa, noto'g'ri nukleotid tasodifan to'g'ri nukleotid o'rniga ketma -ket qo'shilgan holatlar kam uchraydi. Yuqori aniqlikdagi o'yin, xoh u tasvirlangan to'g'ridan-to'g'ri va oddiy mexanizm orqali, xoh yordamchi kimyoviy reaktsiyalar majmui yordamida, murakkabroq tarzda amalga oshirilsin,har bir to'g'ri nukleotid tuzilishdagi o'z joyiga joylashganda, juda ko'p erkin energiya ajralib chiqishi va issiqlik sifatida tarqalishini talab qiladi. Agar molekulalar tizimi boshida erkin energiyaning katta zaxirasiga ega bo'lmasa, bu sodir bo'lmaydi. Oxir -oqibat, yangi qabul qilingan nukleotidlar yangi DNK zanjirini hosil qilish uchun birlashtirilgandan so'ng, mos keladigan nukleotidlarni yana bir -biridan ajratish uchun erkin energiyaning yangi kiritilishi talab qilinadi, chunki har bir yangi ipni eski shablon ipidan ajratish kerak. replikatsiyaning keyingi bosqichi.Nukleotidlarni bir -biridan ajratish uchun yangi erkin energiya kerak bo'ladi, chunki replikatsiyaning keyingi bosqichiga ruxsat berish uchun har bir yangi ipni eski shablon ipidan ajratish kerak.Nukleotidlarni bir -biridan ajratish uchun yangi erkin energiya kerak bo'ladi, chunki replikatsiyaning keyingi bosqichiga ruxsat berish uchun har bir yangi ipni eski shablon ipidan ajratish kerak.

Shunday qilib, hujayra genetik ma'lumotlarini ishonchli tarzda takrorlash uchun atrofdan qandaydir tarzda olib kelinadigan erkin energiyani talab qiladi. Xuddi shu printsip hujayralardagi ko'p molekulalarning sintezi uchun ham amal qiladi. Masalan, RNK yoki oqsillarni ishlab chiqarishda, mavjud genetik ma'lumotlar molekulyar moslik jarayoni orqali yangi molekulaning ketma -ketligini belgilaydi va monomerlarni xom ashyo va bog'lanishdan hosil qiluvchi ko'plab kimyoviy reaktsiyalarni oldinga surish uchun erkin energiya talab qilinadi. ularni to'g'ri birlashtirish.

Barcha hujayralar bir xil asosiy molekulyar qurilish bloklari bilan ishlaydigan biokimyoviy zavodlar vazifasini bajaradi.

Chunki barcha hujayralar DNK, RNK va oqsilni hosil qiladi va bu makromolekulalar har bir holatda bir xil bo'linmalar to'plamidan iborat bo'lganligi sababli, barcha hujayralar shu kabi kichik molekulalar, shu jumladan oddiy shakar, nukleotidlar va aminokislotalarni o'z ichiga olishi va boshqarishi kerak. shuningdek, ularning sintezi uchun universal talab qilinadigan boshqa moddalar. Barcha hujayralar, masalan, DNK va RNK sintezi uchun qurilish bloki sifatida fosforillangan nukleotid ATP (adenozin trifosfat)ni talab qiladi ; va barcha hujayralar bu molekulani boshqa ko'plab kimyoviy reaktsiyalarni qo'zg'atish uchun erkin energiya va fosfat guruhlari tashuvchisi sifatida ishlab chiqaradi va iste'mol qiladi.

Garchi barcha hujayralar bir-biriga o'xshash turdagi biokimyoviy zavodlar vazifasini bajarsa-da, ularning kichik molekulali operatsiyalari tafsilotlarining ko'pchiligi farq qiladi va axborot makromolekulalari uchun mutlaqo universal xususiyatlarni ko'rsatish oson emas. Ba'zi organizmlar, masalan o'simliklar uchun, eng oddiy ozuqa moddalarini talab qiladi va quyosh nuri energiyasidan foydalanadi, bu deyarli barcha kichik organik molekulalardan; boshqa organizmlar, masalan, hayvonlar, tirik mavjudotlar bilan oziqlanadi va ularning ko'plab organik molekulalarini tayyor holda oladi. Biz quyida shu nuqtaga qaytamiz.

Barcha hujayralar plazma membranasiga o'ralgan bo'lib, ular orqali oziq moddalar va chiqindilar o'tishi kerak.

Biroq, hujayralarning yana bir o'ziga xos xususiyati bor: ularning har biri membrana - plazma membranasi bilan chegaralangan. Bu idish tanlangan to'siq vazifasini bajaradi, bu hujayra atrofidan to'plangan ozuqa moddalarini to'plashga va sintezlangan mahsulotlarni o'z ehtiyojlari uchun saqlab, chiqindilarini chiqarib yuborishga imkon beradi. Plazma membranasiz, hujayra muvofiqlashtirilgan kimyoviy tizim sifatida yaxlitligini saqlay olmaydi.

Bu membrana oddiy fizik-kimyoviy xossasigaega bo'lgan molekulalar to'plamidan iborat bo'lib, ular amfipatik,ya'ni hidrofob (suvda erimaydigan) va hidrofil (suvda eriydigan) qismlaridan iborat. Bunday molekulalar suvga joylashtirilganda, ular o'z -o'zidan yig'ilib, hidrofob qismlarini suvdan yashirish uchun iloji boricha bir -biriga tegib turishini tartibga solib, hidrofil qismlarini ochiq holda saqlaydilar. Tegishli shakldagi amfipatik molekulalar, masalan, plazma membranasining ko'p qismini o'z ichiga olgan fosfolipid molekulalari o'z -o'zidan suvda to'planib, ikki qatlamhosil qiladi.bu kichik yopiq pufakchalar hosil qiladi (1-12-rasm). Bu hodisani sinov naychasida fosfolipidlar va suvni aralashtirish orqali ko'rsatish mumkin; tegishli sharoitda suvli tarkibi tashqi muhitdan ajratilgan kichik pufakchalar hosil bo'ladi.

1-12-rasm

Amfipatik fosfolipid molekulalari orqali membrana hosil bo'lishi. Ularda hidrofil (suvni yaxshi ko'radigan, fosfatli) bosh guruhi va hidrofobik (suvdan saqlanadigan, uglevodorodli) dumi bor. Yog 'va suv o'rtasidagi chegarada ular o'zlarini yakka tartibda tashkil qilishadi (ko'proq).

Kimyoviy detallari turli bo'lsa-da, barcha hujayralari ichida yuksak membrana molekulalar hidrofobik dumlari uglevodorod polimer bo'lgan (-CH 2 -CH 2 -CH 2 -) va bilayered vezikül ularning o'z-o'zidan yig'ish, ammo muhim ko'plab misollaridan biri Umumiy printsip: hujayralar kimyoviy xossalari hujayra uchun zarur bo'lgan tuzilmalarga o'z-o'zidan yig'ilishigaolib keladigan molekulalarni ishlab chiqaradi .

Hujayraning chegarasi butunlay suv o'tkazmaydigan bo'lishi mumkin emas. Agar hujayra o'sishi va ko'payishi kerak bo'lsa, u xom ashyoni import qilishi va chiqindilarni plazma membranasi orqali eksport qilishi kerak. Shunday qilib, barcha hujayralar membranasida maxsus molekulalarni bir tomondan ikkinchisiga tashishga xizmat qiluvchi maxsus oqsillarga ega (1-13-rasm). Bu membrana tashuvchi oqsillarningba'zilari, hujayra ichidagi asosiy kichik molekulali reaktsiyalarni katalizlaydigan ba'zi oqsillarsingari, evolyutsiya davomida shu qadar yaxshi saqlanib qolganki, ular hatto oilaviy o'xshashliklarni hatto eng uzoqdan taqqoslashda ham bilish mumkin. tirik organizmlarning tegishli guruhlari.

1-13-rasm

Membranani tashuvchi oqsillar. (A) bakteriyododopsin molekulasining tuzilishi, arxa(archaebacterium) halobacterium halobiumdan. Bu transport oqsili hujayradan protonlarni (H + ionlarini) chiqarish uchun so'rilgan yorug'lik energiyasidan foydalanadi. Polipeptid (yana)

Membranadagi transport oqsillari asosan qaysi molekulalarning hujayraga kirishini aniqlaydi va hujayra ichidagi katalitik oqsillar bu molekulalarning o'tadigan reaktsiyalarini aniqlaydi. Shunday qilib, hujayra ishlab chiqaradigan oqsillar to'plamini ko'rsatib, DNK ketma -ketligida qayd etilgan genetik ma'lumotlar hujayraning butun kimyosini belgilaydi; va nafaqat uning kimyosi, balki shakli va xulq -atvori ham asosan hujayra oqsillari tomonidan tuziladi va boshqariladi.

500 tadan kam genli tirik hujayra mavjud bo'lishi mumkin

Axborotni biologik uzatishning asosiy tamoyillari etarlicha sodda, lekin haqiqiy tirik hujayralar qanchalik murakkab? Xususan, minimal talablar qanday? Biz ma'lum bo'lgan eng kichik genomga ega bo'lgan turlarni- Mycoplasma genitaliumbakteriyasini ko'rib chiqib, qo'pol ko'rsatma olishimiz mumkin (1-14-rasm) .Bu organizm sutemizuvchilarda parazit sifatida yashaydi va uning muhiti uni ko'plab mayda molekulalarini tayyor holda ta'minlaydi. Shunga qaramay, u irsiyning asosiy jarayonlari uchun zarur bo'lgan barcha katta molekulalarni - DNK, RNK va oqsillarni yaratishi kerak. Uning genomida 580 070 nukleotid juftidan iborat 477 ta gen bor, bu 145 018 bayt ma'lumotni tashkil etadi - bu kitobning bitta bobining matnini yozib olish uchun qancha kerak bo'lsa. Hujayra biologiyasi murakkab bo'lishi mumkin, lekin unday emas.

1-14-rasm

(A) skanerlash elektron mikrografi, bu mayda bakteriyaning notekis shaklini ko'rsatadi, bu qattiq devor yo'qligini aks ettiradi. (B) mikoplazmaxujayrasining kesimi (uzatuvchi elektron mikrografi) . Mycoplasma genitalium477 genidan37 kodi (ko'proq)

Hozirgi muhitda yashovchan hujayralar uchun minimal genlar soni 200-300 dan kam bo'lmasligi mumkin. Keyingi bo'limda ko'rib turganimizdek, hayot daraxtining eng ko'p ajratilgan shoxlarini taqqoslaganda, biz 200 dan ortiq genlardan tashkil topgan yadro majmuasi hamma uchun umumiy ekanligini topamiz.

Xulosa

Tirik organizmlar o'z avlodlariga genetik ma'lumotlarni etkazish orqali o'zlarini ko'paytiradilar. Shaxsiy hujayra-bu o'z-o'zini ko'paytiradigan minimal birlik va barcha tirik turlarga genetik ma'lumot uzatuvchi vosita. Sayyoramizdagi har bir hujayra o'z genetik ma'lumotlarini bir xil kimyoviy shaklda saqlaydi-ikki qatorli DNK. Hujayra DNK juftligini ajratib, ularning har birini polimerizatsiya uchun shablon sifatida ishlatib, nukleotidlar ketma -ketligi bilan yangi DNK zanjirini yaratadi. Xuddi shu shablonli polimerizatsiya strategiyasi DNK ma'lumotlarining bir qismini bir -biri bilan chambarchas bog'liq polimer, RNK molekulalariga transkripsiya qilish uchun ishlatiladi. Bular o'z navbatida oqsil molekulalarini sintezini murakkab multimekulyar mashina - ribosomani o'z ichiga olgan murakkabroq tarjima vositasi orqali boshqaradi.o'zi RNK va oqsildan iborat. Proteinlar hujayradagi deyarli barcha kimyoviy reaktsiyalarning asosiy katalizatoridir; ularning boshqa vazifalariga hujayra chegarasini tashkil etuvchi plazma membranasi orqali kichik molekulalarni tanlab olib kirish va eksport qilish kiradi. Har bir oqsilning o'ziga xos funktsiyasi uning aminokislotalar ketma -ketligiga bog'liq, bu DNKning tegishli segmentining nukleotidlar ketma -ketligi bilan belgilanadi - bu oqsilni kodlaydigan gen. Shunday qilib, hujayraning genomi uning kimyosini aniqlaydi; va har bir tirik hujayraning kimyosi tubdan o'xshashdir, chunki u DNK, RNK va oqsil sintezini ta'minlashi kerak. Ma'lumki, eng oddiy hujayralarda atigi 500 ga yaqin gen bor.ularning boshqa vazifalariga hujayra chegarasini tashkil etuvchi plazma membranasi orqali kichik molekulalarni tanlab olib kirish va eksport qilish kiradi. Har bir oqsilning o'ziga xos funktsiyasi uning aminokislotalar ketma -ketligiga bog'liq, bu DNKning tegishli segmentining nukleotidlar ketma -ketligi bilan belgilanadi - bu oqsilni kodlaydigan gen. Shunday qilib, hujayraning genomi uning kimyosini aniqlaydi; va har bir tirik hujayraning kimyosi tubdan o'xshashdir, chunki u DNK, RNK va oqsil sintezini ta'minlashi kerak. Ma'lumki, eng oddiy hujayralarda atigi 500 ga yaqin gen bor.ularning boshqa vazifalariga hujayra chegarasini tashkil etuvchi plazma membranasi orqali kichik molekulalarni tanlab olib kirish va eksport qilish kiradi. Har bir oqsilning o'ziga xos funktsiyasi uning aminokislotalar ketma -ketligiga bog'liq, bu DNKning tegishli segmentining nukleotidlar ketma -ketligi bilan belgilanadi - bu oqsilni kodlaydigan gen. Shunday qilib, hujayraning genomi uning kimyosini aniqlaydi; va har bir tirik hujayraning kimyosi tubdan o'xshashdir, chunki u DNK, RNK va oqsil sintezini ta'minlashi kerak. Ma'lumki, eng oddiy hujayralarda atigi 500 ga yaqin gen bor.Bu DNKning tegishli segmentining nukleotidlar ketma -ketligi bilan belgilanadi - bu oqsilni kodlaydigan gen. Shunday qilib, hujayraning genomi uning kimyosini aniqlaydi; va har bir tirik hujayraning kimyosi tubdan o'xshashdir, chunki u DNK, RNK va oqsil sintezini ta'minlashi kerak. Ma'lumki, eng oddiy hujayralarda atigi 500 ga yaqin gen bor.Bu DNKning tegishli segmentining nukleotidlar ketma -ketligi bilan belgilanadi - bu oqsilni kodlaydigan gen. Shunday qilib, hujayraning genomi uning kimyosini aniqlaydi; va har bir tirik hujayraning kimyosi tubdan o'xshashdir, chunki u DNK, RNK va oqsil sintezini ta'minlashi kerak. Ma'lumki, eng oddiy hujayralarda atigi 500 ga yaqin gen bor.

Nashriyotchi bilan kelishilgan holda, bu kitobga qidirish funksiyasi orqali kirish mumkin, lekin uni ko'rib bo'lmaydi.